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涂層、鍍層、氧化層等硬度測試

涂層、鍍層、氧化層等在現實材料中應用的非常的多,我們簡稱為涂層,這些材料在表面既能滿足一定的特殊要求,在心部有能滿足整體的機械性能,這些都可以看成在基體材料上有另外一種具有一定厚度的材料,構造如下圖1:

圖1圖2
這些涂層一般都比較薄,可以從幾個微米到幾十個絲,為了滿足材料整體表面的性能,涂層材料也是多種多樣,如鎳、鉻、陶瓷等;而基體材料也有銅、鋼、鋁等,這樣的一種組合材料,能否滿足實際的要求,就需要對其檢驗,其中最主要的就是涂層是否合格,包括測試其厚度、力學性能如硬度等等,硬度測試也是目前國家標準都有明確指出的檢測項目,在進行硬度測試時,主要測試方式有2種,一種是從材料外表面直接壓入材料表面即涂層材料,這時基體材料起支撐作用;第二種是在材料的橫斷面上進行測試,測試時相當于對單一材料進行測試,不再像第一種測試是有另一種材料介入,下面分別對2種方法簡要介紹下:
A、第一種方法 用顯微硬度計在表面進行壓痕的打壓(圖2)

打壓后對壓痕進行測量(其中d測2次),得到所測材料的硬度值如圖3

圖3圖4

這種方法的優點是測試效率高,不需要對待測試樣進行處理如切割、研磨、拋光等,把待測的工件放到硬度計的工作臺上就可以直接進行測試,同時對鍍層厚度的要求小,能測試比第二種厚度薄的涂層,但由于涂層在工件的表面很不均勻,有的地方厚有的地方薄,且涂層的材料有的晶粒粗大有的細,有的顏色灰暗有的明亮,由于涂層很薄,顯微硬度計試驗時所選的力值小,測試的壓痕也小,對試樣表面光潔度有較高的要求,很多由于表面光潔度不夠而無法進行直接測量,而對表面進行研磨拋光又會降低涂層厚度,因此這種測試方式尤其局限性,在厚度允許的情況一般也需要研磨下;
B、第二種方法:如圖4

這種方式是在材料的橫斷面上進行測試,需要對試樣進行切割得到試樣的橫斷面,得到這個橫斷面后,就可以對這個橫斷面進行研磨拋光,提高表面的光潔度,能夠滿足硬度測試時表面光潔度的要求,且這時的研磨拋光不會改變涂層厚度,但這種測試方式需要涂層有相對大的厚度,因為壓痕要占據一定的空間且要滿足壓痕距邊緣一定的距離,在能夠進行這種方式測試時,國標上還是推薦用這種方式測試。

有效硬化層深度測試

滲碳、滲氮、碳氮共滲在金屬領域是經常使用的工藝,這些工藝完成后具體滲層有多厚,就需要對有效硬化層厚度進行檢測,目前國標對滲碳、滲氮和碳氮共滲還有單獨的淬火硬化層有效硬化層測試都有單獨的國家標準,如CHD代表滲碳和碳氮共滲淬火硬化層厚度,測試時標準實驗力為1Kg;DN代表滲氮硬化層深度,測試時需用的試驗力為0.3Kg,特殊情況可以協商在一定區間選取其他試驗力;
有效硬化層深度的測試目前主要采用的是測試硬度梯度法,實際上金相法也可以測試,但二者相比硬度梯度法是最終的仲裁方法,硬度計測試硬度梯度實實在在的反應材料所需要達到的硬度,現實性很強,同時操作簡單實現起來比較容易,而金相法去觀察金相組織界定硬化層比較困難且不是反應到最終的硬度上,如滲碳表面有3種組織,過共析層、共析層和亞共析層,每一層都有一定的深度,在判斷滲層深度時就有多種表示方法,像選取過共析層和共析層的總深度作為滲層是一種判斷,以3者之和為判斷有時一種方法,或以過共析層、共析層之和在加上亞共析層的一半也是一種方法,且這些層的分界面在顯微鏡下很難界定,測量的重復性差,不同人員得到不同的結果,因此金相法與硬度法比較,不如硬度法準確易操作;我們國家的CHD測試要求如下:
在寬度(W)為1.5mm范圍內,在與零件表面垂直的一條或多條平行線上測試維氏硬度(下圖一)
每兩相鄰壓痕中心之間的距離(S)應不小于壓痕對角線的2.5倍,逐次相鄰壓痕中心至零件表面的距離差值(即a1-a2)不應超過0.1mm,測量壓痕中心至零件表面的距離精度應在正負0.25微米的范圍內,而每個硬度壓痕對角線的測量精度應在正負0.5微米 以內。
除各方另有協議外,在適當的條件下,應使用HV0.1至HV1的試驗力獲得維氏(或努氏)硬度壓痕,并用光學儀器在400倍以上的放大倍數下測試壓痕

目前在實際的操作中,很大一部分客戶在測試時都是在一條線上測試,這種情況下很多都是不滿足國標的要求的,如國標要求的分界硬度是550HV,試驗力是1Kg,這時在試樣上測試的壓痕直徑是0.0581mm,按國標的要求二壓痕中心距離要大于2.5倍直徑,即最小間距(S)0.0581×2.5=0.14525mm,這個間距又大于之后的要求a1-a2小于0.1mm,因此為了使2個壓痕中心間距離得近點,可以在2條或多條平行線上進行測試,在協商選擇小于1Kg試驗力可以計算是否可以在一條線上測試,實測圖片如圖:

焊接部位硬度測試

在對母材進行焊接作業后,焊接的好壞是需要檢驗的,如使用的焊材是否合適,在焊接過程中熱影響區對母材的影響等是否滿足要求,其中硬度測試是簡單易行且非常有效的檢測手段:

焊接示意圖

材料名稱:25鋼和25CrMnMo鋼,銅釬料
浸蝕劑:苦味酸 硝酸酒精溶液
材料說明:上(25鋼),下(25CrMnMo鋼),二塊材料都經滲碳淬火、回火處理,然后用銅釬料焊接
在釬焊層及其兩側用50g載荷測定其顯微硬度,圖下馬氏體區為423HV,圖中釬焊層為125HV,圖上珠光體處為229HV,鐵素體區145HV
低碳、低合金鋼用銅釬料,不但鋪展性好,而且焊后釬焊接頭強度高,且抗剪強度也高,釬焊接頭的強度一般總超過銅釬料本身的強度,在優化條件下,可等同于鋼母材的強度。

 

鐵素體和珠光體數量分級案例

(一)球墨鑄鐵__鐵素體和珠光體數量分級(模塊【23】含石墨、滲碳體百分比)
⒈原始采樣圖片:圖1;⒉圖庫比較:圖2


⒊自動評級界面:圖3;⒋人工干預界面:用鼠標右鍵單擊選顆粒,可人為認定其屬性:圖4


(二)【020】球墨鑄鐵金相_球化分級:連續評級5個視場
在不退出軟件的前提下,【020】號模塊的每次評級數據均被記錄。查看方法是在【020】的評級界面中,按下左下角的“視場信息”按鈕。所有評級信息均顯示在“視場信息”對話框中(可用鼠標右鍵刪除任意一條記錄)。“球化率”的平均值和由此而得出的“球化級別”也已經自動計算并顯示。如果按下“確定”鍵,則該平均值將作為最終評級結果保存。

 

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