硬度检测方法
硬度检测方法
是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。硬度的实质是材料抵抗另一较硬材料压入的能力。硬度检测是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。硬度检测的主要目的就是测定材料的适用性，或材料为使用目的所进行的特殊硬化或软化处理的效果。对于被检测材料而言，硬度是代表着在一定压头和试验力作用下所反映出的弹性、、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。由于通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异，因此硬度试验广泛应用于金属性能的检验、ag尊龙app-kb88凯时官网登录质量和新材料的研制。
金属硬度检测主要有两类试验方法。一类是静态试验方法，这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的。硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。静态试验方法包括布氏、、维氏、努氏、韦氏、巴氏等。其中布、洛、维三种试验方法是应用最广的，它们是金属硬度检测的主要试验方法。这里的洛氏硬度试验又是应用最多的，它被广泛用于产品的检验，据统计，目前应用中的硬度计70%是洛氏硬度计。另一类试验方法是动态试验法，这类方法试验力的施加是动态的和ag尊龙app-kb88凯时官网登录的。这里包括肖氏和里氏硬度试验法。动态试验法主要用于大型的，不可移动工件的硬度检测。
硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标，它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。硬度不是一个简单的物理概念，而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。硬度试验根据其测试方法的不同可分为静压法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等）、划痕法（如莫氏硬度）、ag尊龙app-kb88凯时官网登录（如肖氏硬度）及显微硬度、高温硬度等多种方法。
布氏硬度以hb[n(kgf/mm2)]表示（hbshbw）（参照gb/t231－1984），生产中常用布氏硬度法测定经退火、正火和调质的钢件，以及铸铁、有色金属、低合金结构钢等毛胚或半成品的硬度。
洛氏硬度可分为hra、hrb、、hrd四种，它们的测量范围和应用范围也不同。一般生产中hrc用得最多。压痕较小，可测较薄的材料和硬的材料和成品件的硬度。
维氏硬度以hv表示（参照gb/t4340-1999），测量极薄试样。
一、无缝钢管的硬度计检测方法
1、无缝钢管常用的硬度指标
无缝钢管一般常用布氏、洛氏、维氏三种硬度指标来衡量其硬度。
1）布氏硬度
在无缝钢管标准中，布氏硬度用途最广，往往以压痕直径来表示该材料的硬度，既，又方便。但是对于较硬的或较薄的钢材的钢管不适用。
2）洛氏硬度
无缝钢管洛氏硬度试验同布氏硬度试验一样，都是压痕试验方法。不同的是，它是测量压痕的深度。洛氏硬度试验是目前应用很广的方法，其中hrc在钢管标准中使用仅次于布氏硬度hb。洛氏硬度可适用于测定由极软到极硬的金属材料，它弥补了布氏法的不是，较布氏法简便，可直接从硬度机的表盘读出硬度值。但是，由于其压痕小，故硬度值不如布氏法准确。
3）维氏硬度
无缝钢管维氏硬度试验也是一种压痕试验方法，可用于测定很薄的金属材料和表面层硬度。它具有布氏、洛氏法的主要优点，而克服了它们的基本缺点，但不如洛氏法简便，维氏法在钢管标准中很少用。
2、检测方法
不锈钢的硬度检测要考虑到它的力学性能，这关系到以不锈钢为原料而进行的变形、冲压、切削等加工的性能和质量。因此，所有的无缝钢管要进行力学性能测试。力学性能测试方法主要分两类，一类是拉伸试验，一类是硬度试验。
拉伸试验是将无缝钢管制成试样，在拉伸试验机上将试样拉至断裂，然后测定一项或几项力学性能，通常仅测定抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和断面。拉伸试验是金属材料最基本的力学性能试验方法，几乎所有的金属材料，只要对力学性能有要求，都规定了拉伸试验。特别是那些形状不便于进行硬度试验的材料，拉伸试验成为唯一的力学性能检测手段。
硬度试验是将一个硬质压头按规定条件缓慢压入试样表面、然后测试压痕深度或尺寸，以此确定材料硬度的大小。硬度试验是材料力学性能试验中最简单、最迅速、最易于实施的方法。硬度试验是非破坏性的，材料硬度值与抗拉强度值之间有近似的换算关系。材料的硬度值可以换算成抗拉强度值，这一点具有很大的实用意义。
由于拉伸试验不便于测试，并且由硬度换算到强度很方便，因此人们越来越多地只测试材料硬度而较少测试其强度。特别是由于硬度计制造技术的不断进步和推陈出新，一些原来无法直接测试硬度的材料，如无缝钢管、不锈钢板和不锈钢带等，现在都已经可能直接测试硬度了。所以，存在一个硬度试验逐渐代替拉伸试验的趋势。
在不锈钢材料的国家标准中大多数都同时规定了拉伸试验和硬度试验。对于那些不便于进行硬度试验的材料，例如无缝钢管就只规定了拉伸试验。在不锈钢标准中，一般都规定了三种硬度试验方法，测定hb、hrb（或hrc）和hv硬度值，规定三种硬度值只测其一即可。特别是本公司最新研制的便携式表面洛氏硬度计、管材洛氏硬度计，可以对薄至0.05mm的不锈钢板、不锈钢带以及细至￠4.8mm的无缝钢管进行快速、准确的硬度检测，使得过去在国内难以解决的问题迎刃而解。
3、无缝钢管硬度检测工具
无缝钢管的内径在6.0mm以上，在13mm以下的退火无缝钢管材，可以采用w-b75型韦氏硬度计，它测试非常快速、简便，适于对无缝钢管材做快速无损的合格检验。无缝钢管内径大于30mm，壁厚大于1.2mm的无缝钢管，采用洛氏硬度计，测试hrb、hrc硬度。无缝钢管内径大于30mm，壁厚小于1.2mm的无缝钢管，采用表面洛氏硬度计，测试hrt或hrn硬度。内径小于0mm，大于4.8mm的无缝钢管，采用管材专用洛氏硬度计，测试hr15t硬度。当无缝钢管内径大于26mm时，还可以用洛氏或表面洛氏硬度计测试管材内壁的硬度
二、焊管的硬度检测
焊管是用钢板或钢带经过弯曲成型，然后经焊接制成。按焊缝形式分为直缝焊管和螺旋焊管。按用途又分为一般焊管、镀锌焊管、吹氧焊管、电线套管、公制焊管、托辊管、深井泵管、汽车用管、变压器管、电焊薄壁管、电焊异型管和螺旋焊管。一般焊管：一般焊管用来输送低压流体。用q195a、q215a、q235a钢制造。也可采用易于焊接的其它软钢制造。钢管要进行水压、弯曲、等实验，对表面质量有一定要求，通常交货长度为4-10m，常要求定尺（或倍尺）交货。焊管的规格用公称口径表示（毫米或英寸）公称口径与实际不同，焊管按规定壁厚有普通钢管和加厚钢管两种，钢管按管端形式又分带螺纹和不带螺纹两种。
下面简单的介绍几种焊管的应用：
1、一般焊管用于水、煤气、空气、油和取暖蒸汽等一般较低压力流体的输送。
2、普通碳素钢电线套管（gb3640-88）是工业与民用建筑、安装机器设备等电气安装工程中用于保护电线的钢管。
3、直缝电焊管（yb242-63）是焊缝与钢管纵向平行的钢管。通常分为公制电焊管、电焊薄壁管、变压器冷却油管等等。
4、承压流体输送用螺旋缝埋弧焊管（sy5036-83）是以热轧钢带卷作管坯，经常温螺旋成型，用双面埋弧焊法焊接，用于承压流体输送的螺旋缝钢管。ag尊龙app-kb88凯时官网登录承压能力强，焊接性能好，经过各种严格的科学检验和测试，使用安全可靠。钢管口径大，输送效率高，并可节约铺设管线的投资。主要用于输送石油、天然气的管线。
5、承压流体输送用螺旋缝高频焊管（sy5038-83）是以热轧钢带卷作管坯，经常温螺旋成型，采用高频搭接焊法焊接的，用于承压流体输送的螺旋缝高频焊钢管。钢管承压能力强，塑性好，便于焊接和加工成型；经过各种严格和科学检验和测试，使用安全可靠，钢管口径大，输送效率高，并可节省铺设管线的投资。主要用于铺设输送石油、天然气等的管线。
6、一般低压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管（sy5037-83）是以热轧钢带卷作管坯，经常温螺旋成型，采用双面自动埋弧焊或单面焊法制成的用于水、煤气、空气和蒸汽等一般低压流体输送用埋弧焊钢管。
焊管可以采用布、洛、维三种硬度试验方法，测定hb、hrb（或hrc）和hv硬度值，三种硬度值只测其一即可。本公司最新研制的便携式表面洛氏硬度计、，可以进行快速、准确的硬度检测，使得过去在国内难以解决的问题迎刃而解。
三、马口铁的硬度检测
1、什么是马口铁？
马口铁是表面镀有一层锡的铁皮，它不易生锈，又叫镀锡铁。将铁片浸到熔化的液体锡中而制得。锡是比铁不活泼的金属，既不被空气氧化又不与水反应，所以有相当强的抗腐蚀能力。铁片上镀了一薄层锡可起良好的保护作用。但镀层一旦被破坏后发生电化学腐蚀时，由于铁比锡活泼，铁将作为原电池的负极发生氧化反应而损耗，锡的存在将加快铁的腐蚀速度，所以马口铁与白铁不同，它只能在镀层完好的情况下才有保护铁的作用。
马口铁最早产于波希米亚（今捷克和斯洛伐克境内）。该地自古就盛产金属，工艺先进，且懂得利用水力从事机器制造，从14世纪起就开始生产马口铁。在很长一段时期内，这里一直是世界上马口铁的主要产地。当时马口铁主要用来制造餐具和饮具。
17世纪，英、法、瑞典都曾希望建立自己的马口铁工业，但由于需要大笔资金，所以迟迟未得到发展。直到1811年，布莱恩.唐金和约翰.霍尔开办马口铁罐头食品之后，马口铁制造才大规模发展起来。如今全世界每年产锡约25万吨，1／3以上用来制造马口铁，其中大部分用于罐头食品业。
2、马口铁的硬度测试
马口铁的硬度测试以往大多采用台式表面洛氏硬度计，采用普通钢质平测砧，测试hr30t硬度。
近年来，由于关于马口铁的国家标准gb/t2520-2000开始采用了国际上通用的hr30tm硬度表示方法，因此国内已开始采用金刚石测砧、测试马口铁的hr30tm硬度值。
但是，测试ag尊龙app-kb88凯时官网登录硬度需要一个金刚石测砧，而国产的洛氏硬度计很少有这种配件可以选购。由于合适的金刚石测砧难以买到，台式的表面硬度计又比较贵。因此，hr30tm硬度表示方法在国内马口铁行业的应用还不普遍。特别是在马口铁的使用厂家方面，尽管人们也意总识到马口铁的硬度很重要，它要关系到加工产品的质量，关系到生产效率和企业效益。但是多数企业都没有对购进的马口铁材进行硬度复检。
现在情况不同了，沈阳天星试验仪器有限公司已经生产出了phr系列便携式表面洛氏硬度计，它的重量只有台式机的百分之一，价格只有台式机的一半，精度与台式机相同，都符合关于洛氏硬度试验方面的国家标准gb/t 230.1-2004的规定。作为选购件，沈阳天星公司还可提供用于测试hr30tm硬度的金刚石点砧座，它的价格只有国内同类产品的五分之一。
测试马口铁的硬度，可以选用phr-1s型表面洛氏硬度计，它的重量只有0.7kg，可以测试厚度为0.05~25mm的板带材料，测试内径26mm以上的管材内壁硬度，测试ag尊龙app-kb88凯时官网登录ag尊龙app-kb88凯时官网登录以上的管材外壁硬度。配上金刚石点砧座就可以测试马口铁的hr30tm硬度。这种仪器可以方便地带到生产现场、销售现场和材料仓库去使用。可以用于马口铁生产厂的在线质量控制，也可以用于马口铁使用厂的材料复检，还可以带到钢材市场去选购材料。如果配上一个选购件支承座，还可以放到一个平台上（例如办公桌）进行精确测试。
phr-1s型表面洛氏硬度计非常适于测试马口铁的硬度，它的采用必定会给马口铁的生产和使用厂家带来明显效益。
四、模具硬度及模具钢硬度的检测方法
模具钢是模具工业的主体材料，根据模具的服役条件、环境和状态的不同，模具钢应具备不同的特性。在工业生产中，模具使用寿命和制成零件的精度、质量、外观性能，除与模具的设计技术、制造精度，以及机床精度和制造操作有关外，正确地选用模具材料和正确地执行热处理工艺也是至关重要的，资料显示，模具早期失效因材料选择不当和材料内部缺陷引起的大约点10%左右，而由热处理不当引起的约占49%。
硬度是模具材料和成品模具的重要性能指标。模具在工作时的受力状态是复杂的，如热作模具通常是在交变的温度场下承受交变应力作用，因此它应具有良好的阻止模具转变成较软或塑性状态的能力，并且在长期工作环境下仍保持模具的形状和尺寸精度不变。一般成品模具的硬度，冷作模具常选择在59-60hrc，热作模具常选择在48hrc左右。
耐磨性也是成品模具的重要性能指标。零件成形时金属和模具型腔表面发生相对运动，磨损了型腔表面，至使模具的尺寸形状、精度和表面粗糙度发生变化而失效。模具的耐磨性是由模具的热处理，特别是表面热处理决定的，评估模具耐磨性好坏的主要依据是硬度。
模具钢的硬度测试主要针对三种情况，即模具钢材料的硬度检测，经过热处理的半成品模具的检测硬度及要求高耐磨性的模具表面热处理后的表面硬度的检测。
供货状态的模具钢主要是经过锻造的钢板、钢块或钢棒，一般以退火状态供货。某些塑料模具钢还以预硬状态（调质处理）供货，用户可直接加工成模具而不必进行后续热处理。
模具钢按钢种分类可分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢，中国标准对于各种模具钢都规定了出厂硬度要求，要求对钢材的退火硬度和试样淬火硬度进行检验。
中国标准gb/t1298-1986《碳素工具钢技术条件》规定，退火状态供货钢材，对于t7-t13各种不同牌号，硬度值应分别小于187-217hbs，试样淬火硬度大于62hrc。
中国标准gb/t1299-2000ag尊龙app-kb88凯时官网登录规定，退火状态供货的钢材，对于不同的牌号，硬度值应小于某个数值或在某个硬度区间内，例如：9sicr硬度为197-241hbw，cr12硬度为217-269hbw，cr5mo1v硬度≤255hbw。试样淬火硬度根据不同的牌号，一般在53-64hrc之间。
中国标准gb/t9943-1988《高速工具钢棒技术条件》规定，退火钢材硬度应小于255-285hbs，淬火回火钢材硬度应大于63-66hrc。
按照标准的要求，出厂状态的模具钢应使用布氏硬度计，测试hbs（钢球压头）或hbw（硬度合金压头）硬度，并且只要材料具有足够的尺寸，应尽量采用力和10mm球的试验条件。然而模具钢材料尺寸通常都比较大，无法直接在布氏硬度计上测试，常用的办法是在钢材上截取一块样品，经适当加工之后在布氏硬度计上测试。在少数要求不高的场合，也有人用简易便携式布氏硬度计或锤击式布氏硬度计测试，但是，这些仪器误差太大，技术指标中给出的误差是±8%，实际应用中的误差常常超过10%，只能给出一个粗略的结果。
近年来，里氏硬度计被广泛应用，它测试快速，方便，测试值可自动转换成布氏硬度值，因此得到一定程度的应用。但是里氏硬度计采用的是动态硬度测试原理，影响仪器准确性的因素较多，对材料表面光洁度的要求也很高，硬度值转换的误差也较大，因此，其精度尽管常常高于简易便携式布氏硬度计和锤击式布氏硬度计，但是还要远低于常规的布氏和洛氏硬度计。好在模具钢材对硬度测试的精度要求也不高。
当模具钢块的厚度大于150mm或300mm时，仪器的测试头还可以取下来当作锤击式布氏硬度计使用。它只要接触钢块的一侧就可以测试，可以测试任意大的模具钢块。测试精度远高于现有的锤击式布氏硬度计。
完成了机械加工的模具钢材料要进行淬火回火处理，再经过精磨和抛光就可成为成品模具。淬火回火处理后的模具硬度检测更为重要，因为这时的材料硬度是一个非常重要的质量指标，它在很大程度上决定了成品模具的使用寿命。
淬火回火的模具钢材料要求使用洛氏硬度计、测试hrc洛氏硬度。模具钢成品需要具有足够的硬度，同时还要有一定的韧性，而硬度和韧性是一对矛盾，为了在具有合理韧性的条件下，便模具具有较高的硬度，最佳的硬度值就会被限制在一个比较窄的范围内，通常只有2-3个hrc单位。
半成品模具的硬度测试是一个难于解决的问题。一直没有一个较为理想的kb88凯时官网登录的解决方案。只有少数体积和重量较小的模具可以搬到台式洛氏硬度计上测试。而大多数情况下的通常做法是，在近似相同的工艺条件下制作一个工艺试片，用工艺试片的硬度代表模具的硬度，然而二者之间常常还存在较大的差异，这种方法也不够理想。
里氏硬度计为半成品模具的硬度测试提供了一个kb88凯时官网登录的解决方案，可以通过测试模具的里氏硬度，然后换算成hrc洛氏硬度。尽管里氏硬度计误差较大，但是还是目前模具行业应用最为普遍的硬度测试方法，据了解，里氏硬度计应用最广泛的领域就是模具行业。如前面所述，半成品模具合理的硬度范围是比较窄的，里氏硬度计不能满足这样的精度要求。但是这就是目前模具行业的现状，没有更好的解决办法。
许多模具真正需要测试硬度的型腔距模具边缘要有一定的距离，为了适应模具行业的这一特点，phr系列大型洛氏硬度计在设计时特别加大了c型框架的深度，最大深度可达到300mm，这样只要模具的型腔距模具边缘的距离小于300mm，就都可以使用这种仪器。
一些要求心部具有较高的韧性，表面不要具有效高硬度和耐磨性的模具，要进行表面的渗碳或渗氮处理，表面硬化处理的模具需要测试模具的表面硬度。
渗碳层通常较厚。当渗碳层厚度大于0.8mm时，可直接用洛氏硬度计，测试hrc硬度。当渗碳层厚度在0.5-0.8mm时，可以采用洛氏硬度计的a标尺。a标尺的试验力较小，只有（c标尺试验力是150kg），可以在模具表面压一个较浅的压痕，不至于将硬化层压透，硬度测试更准确。测得的hra硬度值可方便地通过查表换算成hrc硬度值。
渗碳层较薄时，例如0.2-0.6mm，可以采用表面洛氏硬度计，表面洛氏硬度计的试验力只有15kg、30kg或45kg，可以在模具表面压一个更浅的压痕，测得的硬度值也可以换算成hrc硬度值。
渗氮层通常较薄，渗层厚度大于0.2mm的模具可以用表面洛氏硬度计，厚度小于0.2mm的模具就只能利用工艺试片了，在近似相同的工艺条件下做一块试片，以试片的硬度代表渗氮层的硬度。这个试片可以在小负荷维氏硬度计上测出表层硬度。
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