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涂层、镀层、氧化层等硬度测试

涂层、镀层、氧化层等在现实材料中应用的非常的多,我们简称为涂层,这些材料在表面既能满足一定的特殊要求,在心部有能满足整体的机械性能,这些都可以看成在基体材料上有另外一种具有一定厚度的材料,构造如下图1:

图1图2
这些涂层一般都比较薄,可以从几个微米到几十个丝,为了满足材料整体表面的性能,涂层材料也是多种多样,如镍、铬、陶瓷等;而基体材料也有铜、钢、铝等,这样的一种组合材料,能否满足实际的要求,就需要对其检验,其中最主要的就是涂层是否合格,包括测试其厚度、力学性能如硬度等等,硬度测试也是目前国家标准都有明确指出的检测项目,在进行硬度测试时,主要测试方式有2种,一种是从材料外表面直接压入材料表面即涂层材料,这时基体材料起支撑作用;第二种是在材料的横断面上进行测试,测试时相当于对单一材料进行测试,不再像第一种测试是有另一种材料介入,下面分别对2种方法简要介绍下:
A、第一种方法 用显微硬度计在表面进行压痕的打压(图2)

打压后对压痕进行测量(其中d测2次),得到所测材料的硬度值如图3

图3图4

这种方法的优点是测试效率高,不需要对待测试样进行处理如切割、研磨、抛光等,把待测的工件放到硬度计的工作台上就可以直接进行测试,同时对镀层厚度的要求小,能测试比第二种厚度薄的涂层,但由于涂层在工件的表面很不均匀,有的地方厚有的地方薄,且涂层的材料有的晶粒粗大有的细,有的颜色灰暗有的明亮,由于涂层很薄,显微硬度计试验时所选的力值小,测试的压痕也小,对试样表面光洁度有较高的要求,很多由于表面光洁度不够而无法进行直接测量,而对表面进行研磨抛光又会降低涂层厚度,因此这种测试方式尤其局限性,在厚度允许的情况一般也需要研磨下;
B、第二种方法:如图4

这种方式是在材料的横断面上进行测试,需要对试样进行切割得到试样的横断面,得到这个横断面后,就可以对这个横断面进行研磨抛光,提高表面的光洁度,能够满足硬度测试时表面光洁度的要求,且这时的研磨抛光不会改变涂层厚度,但这种测试方式需要涂层有相对大的厚度,因为压痕要占据一定的空间且要满足压痕距边缘一定的距离,在能够进行这种方式测试时,国标上还是推荐用这种方式测试。

有效硬化层深度测试

渗碳、渗氮、碳氮共渗在金属领域是经常使用的工艺,这些工艺完成后具体渗层有多厚,就需要对有效硬化层厚度进行检测,目前国标对渗碳、渗氮和碳氮共渗还有单独的淬火硬化层有效硬化层测试都有单独的国家标准,如CHD代表渗碳和碳氮共渗淬火硬化层厚度,测试时标准实验力为1Kg;DN代表渗氮硬化层深度,测试时需用的试验力为0.3Kg,特殊情况可以协商在一定区间选取其他试验力;
有效硬化层深度的测试目前主要采用的是测试硬度梯度法,实际上金相法也可以测试,但二者相比硬度梯度法是最终的仲裁方法,硬度计测试硬度梯度实实在在的反应材料所需要达到的硬度,现实性很强,同时操作简单实现起来比较容易,而金相法去观察金相组织界定硬化层比较困难且不是反应到最终的硬度上,如渗碳表面有3种组织,过共析层、共析层和亚共析层,每一层都有一定的深度,在判断渗层深度时就有多种表示方法,像选取过共析层和共析层的总深度作为渗层是一种判断,以3者之和为判断有时一种方法,或以过共析层、共析层之和在加上亚共析层的一半也是一种方法,且这些层的分界面在显微镜下很难界定,测量的重复性差,不同人员得到不同的结果,因此金相法与硬度法比较,不如硬度法准确易操作;我们国家的CHD测试要求如下:
在宽度(W)为1.5mm范围内,在与零件表面垂直的一条或多条平行线上测试维氏硬度(下图一)
每两相邻压痕中心之间的距离(S)应不小于压痕对角线的2.5倍,逐次相邻压痕中心至零件表面的距离差值(即a1-a2)不应超过0.1mm,测量压痕中心至零件表面的距离精度应在正负0.25微米的范围内,而每个硬度压痕对角线的测量精度应在正负0.5微米 以内。
除各方另有协议外,在适当的条件下,应使用HV0.1至HV1的试验力获得维氏(或努氏)硬度压痕,并用光学仪器在400倍以上的放大倍数下测试压痕

目前在实际的操作中,很大一部分客户在测试时都是在一条线上测试,这种情况下很多都是不满足国标的要求的,如国标要求的分界硬度是550HV,试验力是1Kg,这时在试样上测试的压痕直径是0。0581mm,按国标的要求二压痕中心距离要大于2。5倍直径,即最小间距(S)0。0581×2。5=0。14525mm,这个间距又大于之后的要求a1-a2小于0。1mm,因此为了使2个压痕中心间距离得近点,可以在2条或多条平行线上进行测试,在协商选择小于1Kg试验力可以计算是否可以在一条线上测试,实测图片如图:

焊接部位硬度测试

在对母材进行焊接作业后,焊接的好坏是需要检验的,如使用的焊材是否合适,在焊接过程中热影响区对母材的影响等是否满足要求,其中硬度测试是简单易行且非常有效的检测手段:

焊接示意图

材料名称:25钢和25CrMnMo钢,铜钎料
浸蚀剂:苦味酸 硝酸酒精溶液
材料说明:上(25钢),下(25CrMnMo钢),二块材料都经渗碳淬火、回火处理,然后用铜钎料焊接
在钎焊层及其两侧用50g载荷测定其显微硬度,图下马氏体区为423HV,图中钎焊层为125HV,图上珠光体处为229HV,铁素体区145HV
低碳、低合金钢用铜钎料,不但铺展性好,而且焊后钎焊接头强度高,且抗剪强度也高,钎焊接头的强度一般总超过铜钎料本身的强度,在优化条件下,可等同于钢母材的强度。

 

铁素体和珠光体数量分级案例

(一)球墨铸铁__铁素体和珠光体数量分级(模块【23】含石墨、渗碳体百分比)
⒈原始采样图片:图1;⒉图库比较:图2


⒊自动评级界面:图3;⒋人工干预界面:用鼠标右键单击选颗粒,可人为认定其属性:图4


(二)【020】球墨铸铁金相_球化分级:连续评级5个视场
在不退出软件的前提下,【020】号模块的每次评级数据均被记录。查看方法是在【020】的评级界面中,按下左下角的“视场信息”按钮。所有评级信息均显示在“视场信息”对话框中(可用鼠标右键删除任意一条记录)。“球化率”的平均值和由此而得出的“球化级别”也已经自动计算并显示。如果按下“确定”键,则该平均值将作为最终评级结果保存。

 

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