金属棒材维氏硬度拉伸测试-测博士

一、维氏硬度测试（Vickers Hardness Test）

1. 测试原理

• 原理：用顶角为 136° 的正四棱锥形金刚石压头，在一定载荷作用下垂直压入试样表面，保持规定时间后卸除载荷，通过测量压痕对角线长度计算硬度值。

• 计算公式：\(HV = \frac{0.102 \times F}{d^2/2} = \frac{0.204F}{d^2}\)其中：

• F 为试验力（单位：N），

• d 为压痕对角线长度的算术平均值（单位：mm）。

2. 适用范围

• 适用于测量金属棒材的表面硬度、渗层硬度、镀层硬度等，尤其适合薄材、显微组织区域的硬度检测。

• 可测试从极软到极硬的金属材料（测量范围：5 ~ 3000 HV）。

3. 操作步骤

1. 试样制备：

• 测试表面需平整光滑，粗糙度 \(R_a \leq 1.6 \mu m\)，避免氧化皮、油污等影响结果。

• 棒材试样可切割成平面样品，或使用特制支架固定圆棒表面进行测试。

2. 设备校准：

• 检查维氏硬度计的压头、载荷精度和试验力保持时间（通常为 10 ~ 15 秒）。

3. 压痕测量：

• 选择合适的试验力（如 10 kgf、30 kgf 等），在棒材表面均匀分布至少 3 个测试点，避免边缘效应。

• 使用显微镜测量压痕对角线长度，取平均值计算 HV 值。

4. 注意事项

• 压痕中心与试样边缘距离应≥2.5 倍压痕对角线长度，相邻压痕间距≥3 倍压痕对角线长度。

• 对于圆棒试样，需注意压头方向与棒材轴线的垂直度，避免因曲面导致压痕变形。

二、拉伸测试（Tensile Test）

1. 测试原理

• 原理：将棒材加工成标准试样（如圆形截面试样），在拉伸试验机上沿轴向施加拉伸载荷，直至试样断裂，测量其应力 - 应变曲线，确定材料的强度、塑性等力学性能指标。

2. 关键指标

• 屈服强度（\(R_e\)）：材料开始产生明显塑性变形时的应力。

• 抗拉强度（\(R_m\)）：试样断裂前能承受的最大应力。

• 断后伸长率（A）：试样断裂后标距段的伸长量与原始标距的百分比，反映塑性。

• 断面收缩率（Z）：断裂后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。

3. 操作步骤

1. 试样制备：

• 根据国家标准（如 GB/T 228.1-2021）加工试样，通常取棒材中部为平行段，两端为夹持段。

• 圆形试样直径 \(d_0\) 常用 10 mm，标距 \(L_0 = 5d_0\) 或 \(10d_0\)。

2. 设备安装：

• 将试样夹持在拉伸试验机夹具中，确保轴线与载荷方向一致，避免偏心。

• 安装引伸计（或使用试验机位移传感器）测量试样变形。

3. 加载测试：

• 以恒定速率加载，记录载荷 - 位移曲线。

• 屈服前采用应力控制（速率：6 ~ 60 MPa/s），屈服后采用应变控制（速率：0.00025 ~ 0.0025/s）。

• 试样断裂后，测量断后标距和断口截面积，计算伸长率和断面收缩率。

4. 注意事项

• 试样夹持应牢固，避免打滑或夹持处提前断裂。

• 对于脆性材料（如高硬度棒材），需注意安全防护，防止试样崩裂。

• 测试温度通常为室温（10 ~ 35℃），若有特殊要求需控制环境温度。

三、测试对比与应用场景

四、相关标准

• 维氏硬度：GB/T 4340.1-2023（金属材料 维氏硬度试验）、ISO 6507-1:2018。

• 拉伸测试：GB/T 228.1-2021（金属材料 拉伸试验）、ASTM E8/E8M-23。

五、结果分析与应用

• 硬度与强度的关系：对于钢铁材料，维氏硬度（HV）与抗拉强度（\(R_m\)）近似存在经验公式（如 \(R_m \approx 0.36 \times HV\)，需根据材料类型修正）。

• 综合评估：通过硬度和拉伸测试，可全面了解金属棒材的力学性能，例如：

• 用于机械零件的棒材需同时满足硬度和强度要求；

• 结构用棒材（如钢筋）更关注拉伸性能。