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6. 硬度

硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

⑴布氏硬度（HB）

以一定的载荷（一般3000kg）把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HB），单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。

⑵洛氏硬度（HR）

当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：

HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。

HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。

HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。

⑶维氏硬度（HV）

以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV）。

奥氏体化——若温度高于相变温度钢，在加热和保温阶段，将发生室温下的组织向A的转变，称为奥氏体化。

奥氏体形成的四个步骤：

1）奥氏体晶核的形成； A晶核通常在珠光体中F和Fe3C相界处产生；

2）奥氏体晶核长大；（3）残余渗碳体的溶解；（4）奥氏体的均匀化

共析钢——加热到Ac1点相变温度;

亚共析钢——加热到Ac3点相变温度以上；

过共析钢——理论上应加热到Accm以上，但实际上低于Accm。因为加热到Accm以上，渗碳体会全部溶解，奥氏体晶粒也会迅速长大，组织粗化，脆性增加。加热和冷却时相图上临界点位置，如图所示：

1、奥氏体晶粒度

1）起始晶粒度——室温下各种原始组织刚刚转变为奥氏 体时的晶粒度。

2）实际晶粒度——钢在具体的热处理或加热条件下实际获得的奥氏体晶粒度的大小。分为10级，1级粗(锻造常温调质晶粒度一般要求5-8级，锻造余热调质晶粒度一般要求大于等于2级）。

3）本质晶粒度——表示奥氏体晶粒长大的倾向性。不表示晶粒的大小。

本质粗晶粒钢：奥氏体晶粒度随着加热温度的升高不断地迅速长大。 （如图6-3） 图6-3

本质细晶粒钢：奥氏体晶粒度只有加热到较高温度才显著长大。

2、奥氏体晶粒长大及影响因素

1、沸腾钢板是由普通碳素结构钢沸腾钢热轧成的钢板。沸腾钢是一种脱氧不完全的钢，只用一定量的弱脱氧剂对钢液脱氧，钢液含氧量较高，当钢水注入钢锭模后，碳氧反应产生大量气体，造成钢液沸腾，沸腾钢由此而得名。沸腾钢含碳量低，由于不用硅铁脱氧，钢中含硅量也低（Si<0.07%）。沸腾钢的外层是在沸腾所造成的钢液剧烈搅动的条件下结晶成的，故表层纯净、致密，表面质量好，有很好的塑性和冲压性能，没有大的集中缩孔，切头少，成材率高，而且沸腾钢生产工艺简单，铁合金消耗少，钢材成本低。沸腾钢板大量用于制造各种冲压件，建筑及工程结构及一些不太重要的机器结构零部件。但沸腾钢心部杂质较多，偏析较严重，组织不致密，力学性能不均匀。同时由于钢中气体含量较多，故韧性低，冷脆和时效敏感性较大，焊接性能也较差。故沸腾钢板不适于制造承受冲击载荷、在低温条件下工作的焊接结构及其他重要结构。

2、镇静钢板是由普通碳素结构钢镇静钢热轧制成的钢板。镇静钢是脱氧完全的钢，钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铝等进行充分脱氧，钢液含氧量低（一般为0.002-0.003%），钢液在钢锭模中较平静，不产生沸腾现象，镇静钢由此得名。在正常操作条件下，镇静钢中没有气泡，组织均匀致密；由于含氧量低，钢中氧化物夹杂较少，纯净度较高，冷脆和时效倾向小；同时，镇静钢偏析较小，性能比较均匀，质量较高。镇静钢的缺点是有集中缩孔，成材率低，价格较高。因此，镇静钢材主要用于低温下承受冲击的构件、焊接结构及其他要求强度较高的构件。

低合金钢板都是镇静钢和半镇静钢钢板。由于强度较高，性能优越，能节约大量钢材，减轻结构重量，其应用已越来越广泛。

合金工具钢是含有多种合金元素，如硅、铬、钨、钼、钒等的中、高碳钢。合金工具钢容易淬硬，不易产生变形和裂纹，适于用来制造尺寸大、形状复杂的刃具、模具和量具。

用途不同，合金工具钢的含碳量也不同。大多数合金工具钢的含碳量wc为0.5%～1.5%。热变形模具用钢含碳较低，wc在0.3%～0.6%范围内；切削刀具用钢一般含碳wc1%左右；冷加工模具用钢则含碳量较高，如石墨模具钢含碳量wc达1.5%，高碳高铬型冷加工模具用钢含碳量wc高达2%以上。

高速工具钢是高碳高合金工具钢，钢中含碳量wc为0.7%-1.4%，钢中含有能形成高硬度碳化物的合金元素，如钨、钼、铬、钒。

高速工具钢具有高的红硬性，在高速切削的条件下，温度高达500-600摄氏度硬度也不降低，从而保证良好的切削性能。

弹簧在冲击、振动或长期交变应力下使用，所以要求弹簧钢有高的抗拉强度、弹性极限、高的疲劳强度。在工艺上要求弹簧钢有一定的淬透性、不易脱碳、表面质量好等。

碳素弹簧钢即含碳量wc在0.6%～0.9%范围内的优质碳素结构钢(包括正常和较高含锰量的)。合金弹簧钢主要是硅锰系钢种，它们的含碳量稍低，主要靠增加硅含量WSi(1.3%～2.8%)提高性能；另外还有铬、钨、钒的合金弹簧钢。结合我国资源，并根据汽车、拖拉机设计新技术的要求，研制出在硅锰钢基础上加入硼、铌、钼等元素的新钢种，延长了弹簧的使用寿命，提高了弹簧质量。