Rate it, Don’t Break it—硬度测试 和 the Foundry

A critical step in qualifying metal parts using a non-destructive approach

硬度 testing is a quality test used in 铸造厂 测量…的性质 铸造金属 和 their suitability for different applications. Its popularity is due to the non-destructive nature of the test, 和 its relationship with other mechanical properties. 铸造厂 infer the tensile stress of a material based on the 硬度 test result.

硬度 test is performed on a metal piece
硬度测试可以确定一种金属是否具有其预期用途所必需的性能.

铸造金属的性能根据金属的成分、工艺条件和 热处理. 保证铸造金属bwin体育适合于所需的最终应用是很重要的. Four main categories of properties are important for 铸造金属 用户:

  • 强度
  • 影响
  • 硬度
  • 耐蚀性

铸造厂 will sometimes cast a test coupon alongside the product casting. 质量测试结果从测试券被假定为真实的铸造bwin体育. Some tests—such as tensile stress 和 impact—destroy the test piece in the process. 然而,非破坏性试验(NDT)不会破坏金属样品以获得结果. 的 advantage of NDT is that tests can be conducted on the 铸造金属 product itself, 而不是一个测试品.

硬度测试的好处:

  • 能够在热处理操作和热处理深度分析中验证零件的热处理
  • Ability to determine if a material has the necessary properties for its intended use
  • 非破坏性测试的替代方案,有效地合格和释放材料或组件的目标应用
  • 成本低,性能快

什么是硬度试验?

这个词, 硬度, typically implies a resistance to deformation. 对于金属来说,性能是对其抵抗永久性或塑性变形能力的衡量. Several different tests exist for measuring the 硬度 of metals 和 铸造金属.

钢 is examined using 硬度 testing at a metal facility
A worker performs 硬度 testing to check for the metal’s resistance to deformation.

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. 的 American Society for Testing 和 Measurement (ASTM) is the custodian of this st和ard. It is a macro indentation test where a high load is used to obtain the measurement. 铸造金属需要进行宏观硬度测试,因为其层状晶粒结构和材料可能不均匀.

To obtain a Brinell 硬度 number (BHN), 一个固定直径的硬质合金球在一定的压力下在一定的时间内压入金属. 卸荷时, 操作员测量留下的压痕的直径,并使用以下公式将其转换为BHN:

\(布氏硬度={2观点πD (D-sqrt {D ^ 2 D ^ 2})} \)

P 作用力(kgf)
D =压头直径(mm)
d =压痕直径(mm)

在美国,测试负载为 are typically set at a maximum of 3000kgf with a 10mm ball. uses a lower test load of 500kgf, 和 sometimes a smaller indenter of 5mm. A typical BHN ranges from 50–750 for metals. 的 工程 Toolbox Brinell 硬度 table 下面列举了一些BHN的例子:

材料
布氏硬度值

软铜

60

低碳钢

130

韧化钢凿

235

白口铸铁

415

氮化表面

750

Preparation of the metal surface for 布氏硬度试验ing is very important. A jagged surface or other imperfections will influence the result. 建议在准备试验时研磨金属表面,以尽量减小试验结果的变异性.

的 origins of the 布氏硬度试验 stretch back to 1900. 在考试的最初几年, the results were strongly influenced by the perspective of the operator. 不同的操作员会得出不同的结果,导致测量的高可变性. 然而, with the introduction of electronic measuring equipment, the level of consistency has significantly improved.

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. 罗克韦尔测试分为两个阶段. 该设备使用金刚石或球压头对样品施加初步测试力. 这一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. 的 operator measures a baseline indentation depth at this point. After holding the preload for a set time, a major load is then applied. 同样,力保持一个预先设定的时间,然后再将其减少到预加载力. Once the time has elapsed, the operator takes a depth measurement of the indentation. 洛氏硬度值是基于基线深度测量值与最终深度测量值之间的差值.

测试轴的垂直度不超过2度对洛氏试验的精度是很重要的. A Rockwell 硬度 scale accompanies the test.

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

N =常数
S =规模单位
h =压痕深度

里氏回弹硬度试验

里氏硬度试验采用ASTM a956 -钢bwin体育里氏硬度试验标准方法. 的 Leeb test is a measure of the rebound of an object from the test sample. 金属的硬度影响回弹能,越硬的材料产生更大的回弹, while softer materials dampen the rebound energy. 物体的速度, before 和 after it strikes the sample, forms the basis for the rebound value. 李伯测试设备包含一个线圈, which measures the induced voltage of the magnetic ball used for the rebound test. 这种感应电压与球通过测试设备线圈的速度直接相关. 的 Leeb 硬度 value is calculated using the following formula:

\(LHN={Rebound ;Velocity over 影响;Velocity}x1000\)

Leeb方法的优点包括,测试样品上留下的压痕比其他方法小得多. 它也是便携式的,更容易使用,比布氏和洛氏硬度计更快. 缺点是当样品表面不均匀时,它可能产生不同的结果. 的 thickness of the sample, 和 carbon content, may influence the result as well.

硬度值转换

ASTM E140-12be1给出了金属从一种硬度测试方法转换到另一种的标准硬度换算表. 需要注意的是,这些转换是近似的,并取决于诸如材料组成等因素, 微观结构, 及热处理. Although the tables are based on large numbers of tests across the different methods, a conversion result can only be considered as an estimate of comparable values.

硬度值和热处理

Cast metals are heat treated to manipulate their properties. 热处理包括将材料的温度提高到预定的值. 然后根据bwin体育的期望性能以特定的速率冷却. 加热循环的最终温度和冷却速度对金属的微观组织有直接影响.

较快的冷却速率导致的细小珠光体和铁素体组织具有较大的硬度值. 如果金属淬火, the rapid cooling results in a martensite 微观结构, which has the greatest 硬度 of all. Because of the direct relationship between 微观结构 和 硬度, 硬度试验是判断热处理是否成功的快速指标.

硬度 number 和 铸造金属 properties

Tables show how tensile strength correlates to 硬度 for specific materials. 这是一个有用的关联,因为测量拉应力是一个破坏性的过程, whereas 硬度 tests are non-destructive. 然而, 从硬度到抗拉强度的换算是有限制的,这些表只是近数.

的 relationship between Brinell 硬度 number 和 tensile stress:

\ (TS (MPa) ={病例}3开始.5cdot HB(HB le 175)[2ex.38 cdot HB(HB>175 )end{cases}\) \(TS(psi)=begin{cases}515 cdot HB(HB le 175 )[2ex]490 cdot HB(HB>175 )end{cases}\)

HB = Brinell 硬度 of material (measured with a st和ard indenter 和 a 3000kgf load)

A Leeb 硬度 tester is shown next to a metal test sample
里氏硬度计是便携式的, 易于使用的, 和 leave minimal indentation on the test sample compared to other 硬度 testers.

铸件bwin体育及分级

影响评分的因素很多 铸钢. bwin体育组成, 化学和机械性能, 和热处理工艺都在每个铸件bwin体育符合适用的ASTM标准的认证中发挥作用.

ASTM sets st和ard specifications for different grades of metal products. It is important to underst和 these grades 和 their properties in order to 选择正确的等级 为每个应用程序. ASTM A27是一个涵盖 碳钢 通用铸件.

铸造车间的硬度测试

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bwin体育的性能. 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, giving 铸造厂 rapid feedback about the products as they leave the production line. 硬度值与抗拉强度之间的关系是对bwin体育等级进行初步评估的有用指南. 铸造厂在向客户发布bwin体育之前完成一整套认证测试.

硬度 testing also helps 铸造厂 check their 热处理 processes. 的 results show whether the 微观结构 of the material has changed as expected. 硬度测试是金属铸造厂质量控制和工艺调整的重要组成部分.