硬度計在熱處理方面的應用

    熱處理是提高和保證機械產(chǎn)品質量及可靠性、提高制造業(yè)市場競爭力的重要基礎之一，其行業(yè)水平的高低對制造業(yè)發(fā)展起著舉足輕重的作用。目前，我國的熱處理行業(yè)除了少數(shù)廠家外，總體水平遠不能適應加入WTO后熱處理行業(yè)面臨的更激烈的市場競爭環(huán)境。在這其中，我國的熱處理檢測設備更為落后。嚴重的限制和阻礙了工藝技術的發(fā)展和造成產(chǎn)品質量的不穩(wěn)定，更重要的是不能有效的防止產(chǎn)品出現(xiàn)不必要的質量事故。下面我就機械零件、工模具熱處理后最常用的硬度測試來舉例。

    硬度是衡量金屬材料軟硬的一個指標，硬度值實際上不是一個單位的物理量，它是表征著材料的彈性、塑性、形變、強化率、強度和韌性等一系列不同物理量組合的一種綜合性能指標，一般可以認為硬度是指金屬表面上不大體積內抵抗變形破裂的能力。采用便攜式里氏硬度計進行硬度檢測的實用價值在于不必破壞工件并可成批檢驗零件，已成為產(chǎn)品質量檢查、制定合理工藝和分析產(chǎn)品質量的重要實驗方法之一。

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一、產(chǎn)品概述
◆ 主要用于測量淬火，調質、退火鋼，冷硬鑄件，可鍛鑄件，鋁合金，銅，軸承鋼等的硬度。
◆ 采用自動加卸試驗力機構，試驗力變換由變荷手輪的旋轉而獲得，操作簡便迅速，除表盤對零外，沒有人為的操作誤差。
◆ 采用高精度編碼器和傳感器，測值精確。
◆ 硬度值通過表盤讀數(shù)，直觀明了。
◆ 操作簡便，性能穩(wěn)定，使用廣泛。 
二、  產(chǎn)品簡介
電動洛氏硬度計是用于專門測試金屬材料洛氏硬度的半自動洛氏硬度計。試驗力施加、保荷、卸荷自動完成，操作簡便。 
三、應用說明
淬火鋼，調質、退火鋼，冷硬鑄件，可鍛鑄件，鋁合金，銅，軸承鋼等。
四、技術參數(shù)
洛氏標尺 HRA, HRB, HRC, HRD, HRE, HRF,HRG,HRH,HRK 
初試驗力 10Kg (98.07N) 
試驗力 60Kg (588N), 100Kg (980N), 150Kg (1471N) 
硬度讀取   表盤式 
保菏時間 2 ~ 60S 
試件最大高度 170mm 
儀器尺寸 520X240X700MM  (長X寬X高，) 
儀器重量 80 Kg 
電源 AC220V + 5%, 50~60 Hz 
執(zhí)行標準 GB/T230.2 國家標準、JJG112檢定規(guī)程 

標準配件、附件 金剛石洛氏壓頭，直徑1.5875mm硬質合金球壓頭，大平試臺、中平試臺、V型試臺、硬度塊，電源線等 

硬度計的分類應
1、布氏硬度計：主要是用于測未經(jīng)淬火的鋼材、鑄鐵、有色金屬及質軟的軸承合金材料，用HBW表示。
2、維氏硬度計：主要是用于測黑色金屬、有色金屬、硬質合金（如鋁合金）及表面滲碳、滲氮層的硬度，用HV表示。
3、洛氏硬度計：用于各種鋼材（含合金鋼、不銹鋼）硬度的測試。這是最重要的、最常用的一類硬度計。有以下洛氏硬度計、電動洛氏硬度計、數(shù)顯洛氏硬度計、數(shù)顯表面洛氏硬度、數(shù)顯洛氏、表面洛氏硬度計。
4、布洛維硬度計即可以打布氏、維氏、洛氏三種硬度的硬度計。比較適合于開發(fā)、研究用。
5、邵氏硬度計邵氏硬度計是用來測量橡膠、泡沫、塑料等物質硬度的儀器，主要有HA和HD兩種，前者為較軟橡膠類硬度參數(shù)，后者為較硬的橡膠或塑料硬度參數(shù)。
7、鉛筆硬度計：這是用于涂層硬度的檢測，為將一支鉛筆夾在“小車”上，讓其在涂層上滑動，根據(jù)鉛筆的硬度和涂層上的劃痕來判斷涂層的硬度。
8、里氏硬度計：這是一種能將各種硬度值進行換算的較小型的硬度計。主要用于對金屬材料的測試，特別是對較大型的工件。

    根據(jù)對里氏硬度計的使用狀況與使用方式，里氏硬度計是壓入和回跳硬度值組合的一種測試方式，從結構上有它獨特而又廣泛的實用性，尤其是測試大中型尺寸而且形狀復雜的工件及工模具的硬度值與失效分析，具有其他類型硬度計不可替代的優(yōu)勢。
結構件及模具檢測實際使用情況

一、用里氏硬度計測試硬度來分析、驗證大型齒軸、內齒圈預處理工藝及滲碳淬火工藝的方法：
1、預處理工藝后測試

    這道工藝操作后的質量直接影響滲碳工藝操作后齒軸、內齒圈滲碳層硬度分布的均勻性、齒部的變形量。更重要的是芯部的強度（未滲層）。當用里氏硬度計測試齒軸的齒部及柄部、內齒圈的外圓內徑及端面，如果發(fā)現(xiàn)測試的同一區(qū)域硬度最高和最低的相差較大，在審查儀表爐溫、裝爐方式、工藝冷卻方式都正常的前提條件下，就可根據(jù)硬度值高低差值及分布的狀況，推斷出工件內組織存在著偏析或帶狀組織。如金相圖片顯示的帶狀偏析

     因為用硬度法測試的實況是測試點在黑色的珠光體帶硬度偏高，在白色鐵素體帶硬度偏低。這種組織缺陷在隨后的滲碳淬火工藝操作中是不可能消除，而是被保留下來。一旦大型齒軸、內齒圈存在這種組織缺陷，在裝機使用時不僅會造成使用壽命短的問題，而且常造成重大設備事故。當我們通過測試硬度法可推斷出鍛件中有這種帶狀偏析后，立即采用固溶處理工藝操作或其他消除帶狀偏析的工藝即可消除缺陷，從而防止設備事故的發(fā)生、減少損失。
2、滲碳工藝后測試

    這道工藝氏齒軸與內齒圈的最終熱處理工藝，通常檢驗人員只對試樣測試HRC硬度，然后再切開試樣做金相分析：滲層馬氏體級別、碳化物級別、形態(tài)分布、殘余奧氏體量形態(tài)、心部馬氏體級別，再用顯微硬度計測試滲層從表層至HV550硬度為深層深度以上操作作為終檢。但從現(xiàn)場發(fā)生齒軸早期失效斷軸，齒部嚴重磨損的事故分析中發(fā)現(xiàn)，實物的硬度低于試樣的硬度，尤其常常出現(xiàn)在深層滲碳時，原因是實物齒軸、內齒圈與試樣不是同塊料上截取下來的，也不是同一爐所做的預處理。這樣在實物與試樣滲前原始組織不同，滲后的組織與硬度有一定差異，更主要的是在整個滲碳工藝操作中，由于工件的擺放及滲碳表面積巨大的差異（化學熱處理吸收過程的相界面反應及主要因素中有一條滲入介質各組分的濃度與工件表面狀態(tài)、表面形狀、表面積大小及表面能量對化學熱處理過程有極其重要的影響）把里氏硬度計測試出的硬度與試樣上洛氏硬度計及顯微硬度計測試出的硬度相比較、加之對試樣滲層的金相組織分析結合起來，就可較快而準確的找出產(chǎn)生質量問題的原因。加之作必要的工藝調整，可在工件組裝前就把事故隱患消除。

二、用里氏硬度計測試硬度來分析、驗證中大型復雜結構模具工藝

    這是一支用馬氏體不銹鋼所制作的飼料模具，主要用于生產(chǎn)飼料。模具上有10000～27000個孔，每小時有10噸的混合飼料粉狀物從?？讌^(qū)擠出成為顆粒狀。所以環(huán)模質量與使用壽命的關鍵控制點是環(huán)模上?？讌^(qū)的硬度與滲層。以下是模孔磨損的實物圖片：

    由于模具尺寸大，而且?？追植荚谕鈭A上，測試點是個曲面，孔與孔之間的間距一般有3～4mm，在這種條件下正好發(fā)揮了里氏硬度計的多樣適用性與小巧攜帶方便的特點，能夠準確的測試出?？滋帉嶋H硬度。根據(jù)實測的硬度以及對試塊所作的金相分析，可更合理的修正和制定工藝，充分發(fā)揮材料潛力，提高使用壽命。如環(huán)模一小時出10噸飼料，當延長10小時使用壽命就可出100噸飼料，會給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。
三、工模具失效分析中里氏硬度計的作用
材質5CrMnMo大型熱鍛模具在使用中常因為型腔早期磨損、塌陷而失效。當用里氏硬度計對磨損區(qū)測試硬度時發(fā)現(xiàn)磨削的硬度值低于未使用前測試的硬度（38～42HRC）在32～34HRC范圍。這就說明在紅熱的毛坯（>10000C）對型腔加熱的第二階段（毛坯在型腔加熱大體可分為四個階段）,受熱量大約在80％～85％時，因模腔壁厚散熱慢，某些點區(qū)溫度高達6500C以上。當模具型腔因傳導受熱后溫度超過模具回火溫度，模具在工作過程中是處在繼續(xù)回火過程階段，將繼續(xù)發(fā)生組織與性能的變化，就造成了磨損區(qū)硬度值的降低而發(fā)生熱磨損，就表明5CrMnMo這種熱作模具鋼不適宜做大型模具。當選用600～6500C溫區(qū)內服役的熱作模具如3Cr2W8V，3Cr3Mo3VNb這類熱穩(wěn)定性、熱強性、屈服強度的熱作模具鋼比采用5CrMnMo更適宜。

    在中國這個工業(yè)化進程還遠沒有完成的情況下，迫切需要努力縮短與國際先進制造水平的差距，作為企業(yè)必須從戰(zhàn)略高度上來認識到熱處理行業(yè)，不僅從設備、工藝，尤其是檢測設備急需要不斷吸取國內外新技術，更要看在熱處理企業(yè)中實際生產(chǎn)應用的情況。這才是一個非常明智的舉措，因為在加入WTO后按世貿(mào)規(guī)則有五年過渡期，對我國制造業(yè)而言，這是一個非常關鍵的時期，之所以說是關鍵是因為過渡期后我國制造業(yè)企業(yè)基本上將處于國外大公司同等競爭地位，而且在這過渡期中，我們尚可充分準備提升競爭力，所以這是對企業(yè)非常緊迫的要求。