硬度测试：问题和解决方案

洛氏硬度测试可以说是热处理行业用来衡量热处理过程成功或失败的最常用工具。这是在车间、质量控制部门或冶金实验室中最容易执行的测试之一，但可以说是最难正确执行的测试之一。让我们了解更多。

什么是硬度？

硬度的常见定义是材料对施加的力的抵抗力的量度，涉及在静载荷下使用固定几何形状的压头。然而，硬度也可以指刚度（抗回火性）或抗划伤、磨损或切割的能力。它可以被认为是材料在使用中抵抗永久变形（即弯曲、断裂或改变形状）的能力。硬度越大，其电阻越大。重要的是要认识到，材料的硬度在很大程度上取决于其微观结构，而微观结构又会受到热处理工艺的影响。

硬度不是一个基本的材料属性，而是一个综合值。因此，这表明一切都很好，但不能保证一切都很好。这是非常有趣的，因为硬度可以与材料的预期强度直接相关，否则需要进行破坏性测试来测量。如果硬度测试被视为非破坏性测试，硬度压痕的位置远离工作表面通常是一个重要的考虑因素。

根据进行测试的方式，硬度测量方法分为三大类：划痕硬度、压痕硬度（图 1）和动态回弹硬度（图 2）。洛氏硬度试验机可以是台式或便携式设备。

洛氏测试技巧

许多不同的因素会影响硬度测试的结果。在大多数情况下，错误或误导性的读数是由于违反简单而基本的测试规则的不良测试实践造成的。这会导致好的零件被丢弃或报废，或者更糟糕的是，坏零件被接受和使用。通过遵循这些规则，可以获得准确的硬度读数。为了帮助完成这项工作，我们收集了热处理人员面临的一些最常见的洛氏硬度测试问题和解决方案（不分先后）。

1. 遵循 ASTM E18（最新修订版）“金属材料洛氏硬度的标准测试方法”中概述的测试指南或被测材料的相应 ASTM 标准。
    

2. 始终使用带有经批准的外部服务提供商提供的最新校准标签的硬度测试仪。
    

3. 使用测试块来验证硬度读数。通常，在测试块上执行三个读数，并将平均值与块上标记的值进行比较。这应该每天进行。切勿在两侧使用测试块。它仅用于一侧，因为面向砧座的底侧上的菱形标记会导致读数不正确。旧的测试块可以磨碎，标记为废料，并在更换压头或砧座时用于“设置压头”。请记住，应丢弃压头或砧座更换后对零件的第一次读数。
    

4. 检查压头是否有会产生错误读数的损坏（碎裂或破裂的钻石或压扁的球）。每周执行一次检查，方法是从机器上取下压头，并使用立体显微镜或珠宝商眼环等低倍放大镜 (10-50X) 检查尖端以检查是否有损坏。除非您检查所有表面 - 通常以一个角度检查，否则有时很难检测到扁平球。如果您看到读数始终偏高或不稳定，请立即执行此检查。一位老热处理师的诀窍是在取出压头时将一根手指放在压头的尖端上，以防止意外损坏。
    

5. 零件和测试仪的清洁度是最重要的。测试前清除零件或机器上的任何水垢、碎屑、污垢和油。即使是少量碎片也可以将读数改变多达几个罗克韦尔点。在操作前和换班时卸下并清洁压头和砧座。在硬度测试之前，轻轻打磨然后清洁零件的底部和顶部表面。
    

6. 不平坦的表面会改变读数。极其粗糙或有纹理的表面（例如，加工痕迹）可能会导致读数不一致。在硬度测试前轻轻打磨底部和顶部表面。
    

7. 考虑曲面的曲率。请记住，必须将修正系数添加到洛氏 A、C 和 D 标尺的小直径形状的硬度读数中，并随表观硬度和零件直径而变化。要添加的校正因子显示在相应的 ASTM E18 表中。此外，不要将先前的菱形标记向下旋转到砧座，因为这种凹痕会导致微观移动并导致读数偏低。
    

8. 如果零件移动，则读数无效（即使在指定范围内）。丢弃这些读数，不要将它们包括在您的平均值中。在许多情况下，读数会附上适当的注释，说明为什么不使用它们。
    

9. 请记住，需要最小外壳深度来支持给定的洛氏刻度并产生有效的读数（有关详细信息，请参阅 ASTM E18）。例如，在 Rockwell-C 标度上，需要 0.030 英寸的最小外壳深度才能保持 60 HRC 读数。较浅的外壳深度可能会产生软读数，因此更改为 A 标度或表面标度（例如 N 标度）是合适的。
    

10. 不垂直于压头的表面会给出错误的读数。请记住，表面应平整度在 2 度以内。在安装样品上读取读数时要小心。它们必须平坦、厚实且在负载下不会弯曲。显微硬度测试可能更合适。

11. 请记住，A 量表涵盖 Rockwell-C 和 Rockwell-B 范围，并且通常是一个很好的裁判。
     

12. 读数太靠近样品边缘可能会损坏压头并产生错误读数。根据 ASTM E18，压痕与边缘的间距不应小于压头直径的 2.5 倍。如果金属向外弯曲，则压头太靠近边缘，读数无效。
     

13. 读数靠得太近会给出错误的（更高的）硬度读数。在测试（校准）块上也是如此，通常人们试图在一个区域放置太多读数以节省购买新块的成本。压痕应按照 ASTM E18 间隔——三个直径。
     

14. 未正确支撑的部件将给出错误读数。大型和不规则形状的零件需要得到很好的支撑。即使在测试过程中轻微移动的部件也会产生错误的读数——即使该读数落在所需的硬度范围内。将砧座更改为使零件保持静止的砧座。可能还需要额外的外部支撑装置（例如 Steady-Rest®）。
     

15. 太薄的样品会产生错误的读数。被测材料的厚度至少应为压痕深度的 10 倍。最小可接受厚度可在 ASTM E18 表中找到。在对薄板或箔材料进行硬度测试时，可以使用特殊（预硬化）砧座。

最后，在方便的地方张贴挂图并贴上层压卡片，以显示各种硬度测试尺度及其相互之间的关系。几乎所有制造硬度测试设备的公司都免费提供。

概括

大多数人不需要精通硬度测试的所有复杂细节。然而，重要的是用户选择合适的硬度测试方法和尺度，考虑零件几何形状和测试位置，并考虑设备和测试限制。如果不这样做，可能会导致对真实材料状况、属性和硬度的不正确解释。

如果您发现自己对硬度和硬度测试方法有争议，首先要确认的是指定的硬度适合该材料。然后确认硬度是如何测量的，以及该方法是否适用于该样品。虽然硬度试验机或实验室之间可能存在不同程度的不确定性，但如果方法正确，则有望达成一定程度的共识。