硬度测试和铸造

使用非破坏性方法鉴定金属零件的关键步骤

硬度测试是一种质量测试,用于铸造厂测量…的性质铸造金属以及它们对不同应用的适用性。它的普及是由于无损性质的测试,以及它与其他机械性能的关系。铸造厂根据硬度测试结果推断材料的拉伸应力。

硬度测试在金属件上进行
硬度测试可以确定金属是否具有其预期用途所必需的性能。

铸造金属的性能因金属成分、工艺条件和材料而异热处理. 证明铸造金属产品适合所需的最终应用非常重要。四个主要类别的房地产对我们来说很重要铸造金属用户:

  • 力量
  • 影响
  • 硬度
  • 耐腐蚀性

铸造厂有时会在铸造产品的同时铸造试件。试件的质量测试结果也被认为是铸造产品的真实结果。一些试验,如拉伸应力和冲击,会在试验过程中破坏试样。但是,无损检测(NDT)不会破坏金属样品以获得结果。NDT的优点是,可以对铸造金属产品本身进行试验,而不是对试件进行试验。

硬度测试的好处:

  • 能够在热处理操作和案例深度分析中验证零件的热处理情况
  • 确定材料是否具有其预期用途所必需的性能的能力
  • 无损检测的替代方案,有效地鉴定和释放材料或组件的目标应用
  • 低成本、快速性能

什么是硬度测试?

术语,硬度,通常意味着对变形的抵抗力。对于金属而言,性能是衡量其抗永久变形或塑性变形能力的指标。有几种不同的试验用于测量金属和铸造金属的硬度。

钢是在金属工厂通过硬度测试来检验的
工人进行硬度测试,以检查金属的抗变形能力。

布氏硬度试验

布氏硬度试验采用ASTM E10金属材料布氏硬度标准试验方法。这个美国测试与测量学会(ASTM)是本标准的保管人。这是一种宏观压痕试验,使用高负荷进行测量。铸造金属需要进行宏观硬度测试,这是由于粗晶结构和潜在的不均匀材料。

为了获得布氏硬度值(BHN),固定直径的硬质合金球在固定压力下按一定时间压入金属中。移除负载时,操作员测量留下的压痕直径,并使用以下公式将其转换为BHN:

\(BHN={2PoverπD(D-sqrt{D^2-D^2})}\)

P=施加的力(kgf)
D=压头直径(mm)
d=压痕直径(mm)

在美国,试验荷载为通常设置为最大3000kgf,球直径为10mm。使用500kgf的较低测试负载,有时使用5mm的较小压头。金属的典型BHN范围为50-750。这个工程工具箱布氏硬度表以下列出了BHN的几个示例:

布料
布氏硬度值

软黄铜

60

软钢

130

退火凿钢

235

白口铸铁

415

氮化表面

750

金属表面布氏硬度测试的制备是非常重要的。凹凸不平的表面或其他不完美的地方会影响结果。建议在准备试验时研磨金属表面,以尽量减少结果的可变性。

布氏硬度测试的起源可以追溯到1900年。在测试的前几年,测试结果受到操作者视角的强烈影响。不同的操作员会得出不同的结果,导致测量的高变异性。然而,随着电子测量设备的引进,一致性水平有了显著的提高。

洛氏硬度试验

洛氏硬度试验采用ASTM E18金属材料洛氏硬度标准试验方法。洛氏试验分为两个阶段。该设备使用金刚石或球形压头对样品施加初步试验力。该阶段的目的是突破金属表面,减少表面光洁度对最终结果的影响。操作员在此点测量基线压痕深度。在保持预载一段设定时间后,然后施加一个主要载荷。同样,在再次将力减小到预加载力之前,力保持预设时间。一旦时间过去,操作员对压痕进行深度测量。洛氏硬度值基于基线和最终深度测量之间的差异。

对于洛氏试验的精度而言,试验轴在两个垂直度范围内非常重要。洛氏硬度标度伴随着试验。

\(RHN={N-(h/S)}\)

N=常数
年代=刻度单位
h=压痕深度

里氏回弹硬度试验

利伯硬度试验采用ASTM a956标准的钢产品利伯硬度试验方法。Leeb测试是测量物体从测试样本中反弹的一种方法。金属的硬度影响回弹能,较硬的材料产生较大的回弹,而较软的材料减弱回弹能。物体在撞击样本之前和之后的速度构成了回弹值的基础。Leeb测试设备包含一个线圈,用来测量用于反弹测试的磁球的感应电压。这种感应电压直接与球通过测试设备线圈的速度有关。里氏硬度值的计算公式如下:

\(LHN={回弹;碰撞速度;速度}x1000\)

Leeb法的优点包括,试样上留下的压痕比其他方法小得多。它比布氏硬度计和洛氏硬度计更轻便、更易于使用、速度更快。缺点是,在样品表面不均匀的情况下,可能会产生不同的结果。样品的厚度和碳含量也可能影响结果。

硬度值转换

ASTM E140-12be1给出了金属从一种硬度试验方法转换到另一种硬度试验方法的标准硬度转换表。值得注意的是,这些转化率是近似值,取决于材料成分、微观结构和热处理等因素。尽管表格基于不同方法的大量测试,但转换结果只能被视为可比值的估计值。

硬度值与热处理

铸造金属经过热处理以控制其性能。热处理包括将材料温度提高到预定值。然后根据产品所需的性能,以特定的速率冷却。加热循环的最终温度和冷却速率直接影响金属的微观结构。

冷却速度越快,细珠光体和铁素体组织的硬度值越大。如果金属淬火,快速冷却会产生马氏体微观结构,其硬度最高。由于显微组织和硬度之间的直接关系,硬度试验是热处理是否成功的快速指示器。

硬度值与铸造金属性能

表格显示了特定材料的抗拉强度与硬度的关系。这是一个有用的相关性,因为测量拉伸应力是一个破坏性过程,而硬度测试是非破坏性的。然而,从硬度到抗拉强度的转换存在局限性,这些表格只是近似值。

布氏硬度值与拉伸应力之间的关系:

\(TS(MPa)=开始{cases}3.55 cdot HB(HB le 175)[2ex]3.38 cdot HB(HB>175)结束{cases}\(TS(psi)=开始{cases}515 cdot HB(HB le 175)[2ex]490 cdot HB(HB>175)结束{cases}\)

血红蛋白=材料的布氏硬度(使用标准压头和3000kgf载荷测量)

里氏硬度计显示在金属试样旁边
与其他硬度计相比,Leeb硬度计携带方便,使用方便,在试样上留下最小的压痕。

铸造产品及分级

许多因素影响评分铸钢.产品的组成,化学和机械性能,以及热处理工艺都在每个铸件的认证中发挥作用,以符合ASTM标准。

ASTM为不同等级的金属产品制定标准规范。了解这些等级及其性质非常重要,以便选择正确的等级对于每个应用程序。ASTM A27是一个涵盖以下内容的标准:碳钢一般用途铸件。

铸造厂硬度试验

硬度测试的发展使金属铸造厂更容易根据一个简单的测试来估计其产品的性能。它是非破坏性的,这意味着它可以在成品上进行而不会造成损坏。这是一个快速的过程,在产品离开生产线时给铸造厂快速的反馈。硬度值与抗拉强度之间的关系是初步评定产品等级的有用指南。在向客户发布产品之前,铸造厂要完成一整套认证测试。

硬度测试也有助于铸造厂检查其热处理工艺。结果表明,材料的微观结构是否如预期发生了变化。硬度测试是金属铸造厂质量控制和工艺调整的关键组成部分。