im電競體育|官網

X 為了您更好的體驗建議你全屏瀏覽!
當前位置:首頁 >> 技術&動態 >> 技術與常見問題 >>封裝樣品的安裝材料對其洛氏硬度測試結果的影響

封裝樣品的安裝材料對其洛氏硬度測試結果的影響

作者:硬度計服務商im電競體育
發布時間:2021-04-08

洛氏硬度壓痕測試包括三個主要步驟:施加載荷,去除載荷以及根據所得壓痕的測量確定硬度。這些深度(h之間的差用于計算洛氏硬度值[ 1 ]。使用洛氏硬度C標尺(HRC),h僅10μm,將產生5 HRC的硬度值差。這說明了防止試樣移動并產生均勻的測試表面的重要性。進行洛氏硬度測試時,一種普遍接受的做法是避免將樣品封裝在用于金相制備的安裝材料中,而應以未封裝的狀態測試每個樣品[ 2]。在硬度測試過程中施加載荷時,安裝材料可能會變形并導致樣品移動。理論上,在更高的施加載荷和更低的安裝材料硬度值的情況下,封裝樣品的硬度測試結果在重復性和可靠性方面將變得越來越差。

ASTM國際標準《金屬材料洛氏硬度測試方法》(ASTM E18-11)第5.5.1節規定,“進行洛氏硬度測試時,普通的樣品支撐砧座的最低硬度應為58 HRC” [ 1 ]。對于封裝的樣品,支撐砧將定義為安裝材料。大多數金相鑲嵌材料是聚合物類型,其硬度值使用肖氏硬度計測量,符合ASTM國際標準橡膠性能的標準測試方法-硬度計(ASTM D2240-05)[ 3 ]。每種硬度計類型均“經過專門設計來確定特定的標尺,并且該標尺并不與硬度計分開存在” [ 4]。這意味著在兩個不同的硬度計刻度之間,或者在一個硬度計刻度和另一個硬度測試刻度之間的轉換是不可靠的。因此,假定安裝材料的硬度值低于58 HRC,因此封裝樣品似乎不符合ASTM E18-11或公認的慣例。

建立ASTM E18精度聲明的ASTM國際實驗室間研究(ASTM RR:E28-1021)提供了針對不同硬度的測試塊的洛氏硬度精度和偏差研究的結果[ 5 ]。進行該研究是為了確定用戶認為硬度測試值的正常變化。發現了各種測試塊的重復性(PB)值,這些值代表同一天使用同一硬度測試儀并由同一操作員執行的同一樣品材料在測試結果之間的典型變化量。如果測試結果之間的測量差異小于PB,則結果相等的可能性大約為95%。對于作者的研究,使用PB將每個安裝材料組與未封裝的對照組進行比較,以確定安裝材料是否不能充分支撐其標本。

材料和方法

從商業來源獲得了直徑為25.4毫米的1144級鋼棒。選擇它是因為它具有較高的硬度,無需進一步熱處理,可以滿足ASTM國際標準的鋼筋,碳和合金標準,熱鍛,通用要求(ASTM A29),鋼筋,碳和合金的規范,冷-成品(ASTM A108)和受機械性能要求的冷拔,消除應力的碳素鋼規格(ASTM A311),規定的硬度為23 HRC [ 6 ]。

使用高速磨料切割鋸將鋼棒切成35塊。使用橡膠粘合的氧化鋁刀片,因為它是用于切割黑色金屬的標準刀片類型。將三十個標本切成約7毫米厚;它們將被封裝在六種不同的安裝材料中。使用在Sect中找到的公式,在23 HRC材料上的洛氏壓痕有望產生h值為0.154 mm。ASTM E18-11的5.2.1.1 [ 1]。ASTM E18-11的6.3節建議試件“厚度應超過壓痕深度的10倍”,這將需要至少1.54毫米厚的樣品。實際上,由于施加總力時的壓痕深度大于h的未知值,因此樣品實際上應略厚于此厚度。,顯示在ASTM E18-11的圖1中。因此,在本研究中,試樣的7毫米厚足以確保壓痕變形區域不會延伸穿過試樣進入相應的安裝材料。這很重要,因為這項研究的重點是鋼板的硬度值,而不是安裝材料的硬度值。將五個標本切成約25毫米厚。這些將保持未封裝的狀態作為對照組。它們需要比其他部分厚,以便在研磨和拋光步驟中易于處理。

在這項研究中使用的安裝材料包括綠色酚醛(帶木填充劑),橙色酚醛(帶三聚氰胺填充劑),黑色玻璃填充環氧樹脂,透明熱塑性塑料,QuickCure丙烯酸和EpoxySet環氧樹脂[ 7 ]。從金相消耗品供應商處選擇這些安裝材料作為一組代表性的常見安裝材料。使用每種安裝材料的推薦設備和固化時間表,使用38.1 mm直徑的模具將7毫米厚的樣品中的5個封裝在6種安裝材料的每一種中,產生30個封裝的樣品。未封裝五個對照組標本。

使用一系列碳化硅磨盤對每個樣品進行研磨,然后在DiaMat拋光布上用3-μm的多晶金剛石懸浮液進行拋光,該拋光布是由機織羊毛纖維組成的布[ 8 ]。底座和對照樣品的底部均被打磨平整,以便與硬度計砧座充分對準。每個步驟之后,用肥皂和水清洗樣品,然后用異丙醇沖洗。在光學顯微鏡下觀察發現,樣品表面未出現污點或變形,這可能會影響硬度測試結果(圖 1)。測試表面光滑,平整,不含氧化皮,異物和潤滑劑,符合Sect標準。ASTM E18-11 6.1 [ 1]。

圖。1
圖1

1144鋼樣品,在3-μm拋光步驟后,用×50物鏡在光學顯微鏡上拍攝,顯示適當大小的劃痕和一些夾雜物

全尺寸圖片

使用數字式Rockwell硬度測試儀[ 9 ]用球形圓錐形金剛石壓頭在每個樣品表面上創建和測量十個硬度壓痕。在進行數據采集之前,根據Sect對硬度測試儀進行了校準和驗證。ASTM E18-11 [ 1 ]的A1.5 為了將PB用作分析參考,所有硬度測試均在同一天由同一操作員在同一臺硬度測試儀上進行。砧座,壓頭和樣品均用乙醇清潔,并使用無絨抹布和壓縮空氣噴霧干燥。對于這些樣品,使用的HRC秤的負載為150 kgf,符合ASTM E18-11的中碳鋼樣品[ 1]。預作用力的停留時間為3 s,總作用力的停留時間為4 s。這款特定型號的硬度計具有自動停止功能,自動加載和駐留功能以及自動洛氏硬度計算功能,有助于確保測試盡可能保持一致。

在測試過程中,房間的溫度為20°C,波動幅度不超過±1°C,濕度水平為40%。整個實驗中的所有因素均受到嚴格控制,以減少測量誤差。結果是由硬度計直接從深度測量值到洛氏C刻度來計算的;沒有使用轉換圖表。

結果與分析

每個安裝材料有五個樣本,每個樣本有十個硬度壓痕,每個測試組收集了50個數據點。然后計算每組的平均值和標準偏差值(表 1)。

表1封裝和未封裝金相試樣的洛氏硬度測試值的平均值和標準偏差
全尺寸表

對照組的標準偏差最低。封裝在綠色酚醛和透明熱塑性塑料中的樣品具有最高的標準偏差。這些安裝材料可能不像其他安裝材料那樣堅硬,從而使樣品在洛氏硬度測試過程中發生更大的移動。

從ASTM RR:E28-1021 [ 5 ]中發現25.0 HRC測試塊PB為0.937 HRC 只要兩個測試結果彼此的誤差在0.937 HRC以內,則大約有95%的概率它們是等效的。假定該研究的重復性(r)與PB不變進一步的研究,包括對測量不確定度的完整評估,對于此特定條件集的r計算將是必要的。綠色酚醛和透明熱塑性塑料測試組的標準偏差大于PB ,這意味著為每個測試組收集的足夠的數據點超出了它們被認為等同的范圍。因此,綠色的酚醛和透明熱塑性安裝材料無法為洛氏硬度測試提供足夠的支持。

繪制平均值和標準偏差以便于比較(圖 2)。在圖2x軸上 列出的安裝材料沒有特定的順序。可以進行后續研究,以了解安裝材料的硬度與樣品的硬度結果之間是否存在任何相關性。

圖2
圖2

每個測試組的洛氏硬度值平均值(方點)和標準偏差(誤差線)的圖

全尺寸圖片

除透明熱塑性塑料外,所有安裝材料均位于對照組平均值24.03 HRC的0.937 HRC之內。為了更容易地將每個測試組的平均硬度與PB范圍進行比較,將數據按升序繪制在一條直線上(圖 3)。

圖3
圖3

每個測試組的平均洛氏硬度值(HRC)與-r PB和+ PB值的線圖

全尺寸圖片

透明熱塑性熱塑性塑料不僅由于其較大的標準偏差而不一致,而且由于其超出PB范圍,因此與對照組相當的可能性非常低所有其他安裝材料的洛氏硬度值均接近對照組。透明熱塑性塑料的某些硬度測試值在PB范圍內,因此可以認為是等效的。但是,足夠多的單個點落在平均硬度值被推到低于-r PB的范圍之外


im電競體育專業從事分析測試儀器設備的研發、生產制造、市場開發、國際貿易、銷售及技術服務。