工程材料硬度测定的作用学方法技术

本发明专利技术涉及工程材料硬度测定的作用学方法，其属于工程力学基础理论与应用技术领域。它主要包括：绝对硬度的测量方法、相对硬度及其测量方法和通过确定阻力的方法计算硬度。本发明专利技术的有益效果是：基于作用学新理论，解决了现有工程材料硬度概念清晰度、计算公式和测定结果的准确性、度量标准的统一性、可靠性等较差的问题，为基础理论科学、基础理论应用科学、工程材料性质科学的发展与完善拓宽了道路，使得硬度测量工具制造工业得以完善发展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工程材料硬度测定的作用学方法，其属于工程力学基础理论与应用

技术介绍
1822年，德国矿物学家Friedrich Mohs提出用10种矿物来衡量物体相对硬度，即摩氏硬度，由软至硬分为十级：滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。利用摩氏硬度计测定矿物硬度的方法很简单。将预测矿物和硬度计中某一矿物相互刻划，如某一矿物能划动方解石，说明其硬度大于方解石，但又能被萤石所划动，说明其硬度小于萤石，则该矿物的硬度为3到4之间，可写成3-4。由于这种确定硬度的方法存在对硬度概念认识不清、度量方法不正确、给出来的测量结果数据不准确的缺陷，所以，相继产生了许多种硬度测量方法。目前存在的硬度测量方法与种类有十多种。除了上述摩氏硬度即划痕硬度外，还有压入硬度、洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度、显微硬度、里氏硬度、肖氏硬度、巴氏硬度、努氏硬度、韦氏硬度。这里简述这些硬度测量方法及其主要缺陷如下：①压入硬度是用一定的载荷将规定的压头压入被测材料，根据材料表面局部塑性变形的程度比较被测材料的软硬，材料越硬，塑性变形越小。压头有多种，如一定直径的钢球、金刚石圆锥、金刚石四棱锥等。载荷范围为几克力至几吨力(即几十毫牛顿至几万牛顿)。压入硬度对载荷作用于被测材料表面的持续时间也有规定。主要的压入硬度有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等。这种方法主要是通过压入深度的比较来确定硬度，与刻划法一样具有无法克服的不准确性，即对硬度概念认识不清、度量方法不正确，不能给出精确 的硬度数据。②洛氏硬度测定法是美国的S.P.洛克韦尔于1919年提出的，所采用的压头是锥角为120°的金刚石圆锥或直径为1/16英寸的钢球，并用压痕深度作为标定硬度值的依据。测量时，总载荷分初载荷和主载荷(总载荷减去初载荷)两次施加，初载荷一般选用10千克力，加至总载荷后卸去主载荷，并以这时的压痕深度来衡量材料的硬度。洛氏硬度记为HR，所测数值写在HB后，洛氏硬度值计算公式为： H R = k - h 0.002 ]]>式中h表示塑性变形压痕深度(毫米)；k是规定的常量；分母中的0.002(毫米)是每洛氏硬度单位对应的压痕深度。对应于金刚石圆锥压头的k＝0.20(毫米)，对应于钢球压头的k＝0.26(毫米)。洛氏硬度测定法的缺陷仍然是以压痕深度作为度量硬度的数据，不能解决准确性问题，仍然存在对硬度概念认识不清、度量方法不正确问题。③布氏硬度是瑞典工程师J.A.布里涅耳于1900年提出的。布氏硬度的测量方法是用规定大小的载荷P，把直径为D的钢球压入被测材料表面，持续规定的时间后卸载，用载荷值(千克力，即9.80665牛顿)和压痕面积(平方毫米)之比定义硬度值。布氏硬度HB的计算式为： H B = 2 P π D ( D - D 2 - d 2 ) ]]>式中d为压痕的直径。布氏硬度测量方法也存在对硬度概念认识不清、度量方法不正确的缺陷，也不能解决硬度测量结果不准确问题。④维氏硬度测试方法是英国史密斯和塞德兰德于1925年提出的。英国的维克斯—阿姆斯特朗(Vickers-Armstrong)公司试制了第一台以此方法进行试验的硬度计。维氏硬度的测定原理基本上和布氏硬度相同，也是根据压痕单位面 积上的载荷来计算硬度值。所不同的是维氏硬度试验的压头是金刚石的正四棱锥体。试验时，在一定载荷的作用下，试样表面上压出一个四方锥形的压痕，测量压痕对角线长度，除以计算压痕的表面积，载荷除以表面积的数值就是试样的硬度值，用符号HV表示。主要用于确定钢的表面渗氮硬化程度。维氏硬度测量法所用的压头是金刚石正四棱锥，它的两相对面间的夹角为136°，载荷有5、10，20、30、50、100千克力等几种，用压出的四棱锥压痕表面积除载荷所得的值作为维氏硬度值，记为HV，即 H V = 2 P s i n θ 2 S 2 ]]>式中P为载荷；S为压痕对角线长度(毫米)；θ为四棱锥压头两相对面间夹角，θ＝136°。维氏硬度测量方法也是存在对硬度概念认识不清、度量方法不正确的缺陷，不能解决硬度测量结果不准确问题。⑤显微硬度主要用于确定很薄的材料、细金属丝、小型精密零件(如钟表和仪表零件)的硬度，测定淬硬表面的硬度变化率，研究小面积内硬度的变化以及在金相学中研究金属中不同相体的硬度等。测量方法与维氏硬度基本相同，但载荷很小，以克力计数；压痕的特征尺寸也很小，需要用读数显微镜测出，故得名。1939年，英国国家标准局决定采用F.努普、C.G.彼得斯和W.B.埃默森提出的菱形金刚石四棱锥压头(称为努普压头)。其压痕长对角线L和短对角线长度W之比大约为7:1，压痕深度约为L的1/30，故在压痕较浅的情况下也能较精确地测出长对角线的长度。用努普压头测定的显微硬度数又称努普硬度数。在显微硬度测定中也允许使用普通的136°金刚石正四棱锥压头。显微硬度的符号以HM表示，若用努普压头，则努普硬度数为： H M = P C p L 2 ]]>式中P以千克力为单位；L表示菱形压痕的长对角线长度(毫米)；CP是一个常 数，其值与L和压痕投影面积之比有关。若用136°正四棱锥压头，则 H M = 1854.4 P S 2 ]]>式中P为载荷，常用的载荷有2、5、10、50、100、200克力等几种；S为正方形压痕的对角线长度，以微米为单位，由显微硬度计上的读数显微镜测出。由于显微硬度测量方法的工作原理与维氏硬度基本相同，所以，其缺陷与维氏硬度测量方法的缺陷相同。⑥里氏硬度是由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工程材料硬度测定的作用学方法，其特征在于，包括如下步骤：A、绝对硬度的测量方法根据作用学，硬度是表征受作用点在作用控制下的不可改变性质，得出计量硬度的基本公式为T=1-xl;]]>式中，T表示待测材料的硬度，x表示受作用点在作用控制下改变它在受作用体内相对位置的实际位移，l表示受作用点在作用控制下应该产生的位移，即假设受作用点不产生阻碍作用条件下应该产生的位移；B、相对硬度及其测量方法根据作用学，受作用点在作用下的不可变形程度等于受作用点接受实作用量的百分数，即硬度等于受作用点接受的实作用量与作用点接受的作用量之比值，即T=ATA,]]>式中，AT表示工程材料接受的实作用量，A表示工程材料接受的作用量；则，材料2相对于材料1的相对硬度为T′=T2T1=AT2AT1;]]>式中，T′表示材料的相对硬度，T1表示材料1的绝对硬度，T2表示材料2的绝对硬度，AT1表示材料1接受的实作用量，AT2表示材料2接受的实作用量；C、通过确定阻力的方法计算硬度硬度与阻力、作用力三者之间的关系式为T=ATA=-RF;]]>式中，R表示阻力，F表示作用力。

【技术特征摘要】
1.一种工程材料硬度测定的作用学方法，其特征在于，包括如下步骤：A、绝对硬度的测量方法根据作用学，硬度是表征受作用点在作用控制下的不可改变性质，得出计量硬度的基本公式为 T = 1 - x l ; ]]>式中，T表示待测材料的硬度，x表示受作用点在作用控制下改变它在受作用体内相对位置的实际位移，l表示受作用点在作用控制下应该产生的位移，即假设受作用点不产生阻碍作用条件下应该产生的位移；B、相对硬度及其测量方法根据作用学，受作用点在作用下的不可变形程度等于受作用点接受实作用量的百分数，即硬度等于受作用点接受的实作用量与作用点接受的作用量之比值，即 T = A T A , ]]>式中，AT表示工程材料接受的实作用量，A表示工程材料接受的作用量；则，材料2相对于材料1的相对硬度为 T ′ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昌益，贺可利，姜明，王耀辉，
申请(专利权)人：王昌益，
类型：发明
国别省市：山东;37