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知識

材質為什麼要有硬度?

若金屬件和其他堅硬或是黏著性的材料接觸,因為金屬的硬度大, 比較可以抗磨損,所以會希望有一定的硬度。 不過有硬度的材料其脆性也比較軟的材料要大, 因此不一定適合將整個工件從外表到內部完全進行硬化。 此情形下可以用表面硬化製作內部韌性較強 (因為內層較軟,可以吸收應力不會破裂) 而表面又比較堅硬,可以有相當抗蝕性的工件。 一般廣泛被運用的熱處理 包刮(焠火、回火、滲碳、高週波、回火、退火…等製程, 讓金屬產生結構性能優異的材料。

 
硬度的定義是什麼?

在材料科學中,硬度指「固體材料抗拒永久形變的特性」。材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度。固體對外界物體入侵的局部抵抗能力,是比較各種材料軟硬的指標。
由於規定了不同的測試方法,所以有不同的硬度標準。
各種硬度標準的力學含義不同,相互不能直接換算,但可通過試驗加以對比。

該如何測試硬度?

硬度的測定主要決定於壓痕的深度、壓痕投影面積或壓痕凹印面積的大小。
靜態試驗方法包括布氏、洛氏、維氏、努氏、韋氏、巴氏等。
其中洛、維、布 式三種試驗方法是最被廣泛運用的,它們是金屬硬度檢測的主要試驗方法。業界又以洛氏硬度試驗最被廣泛用於產品的檢驗。

硬度試驗根據試驗方法大致分為:

  • 壓入硬度試驗
  • 刻劃硬度試驗
  • 回彈硬度試驗其它硬度試驗法

 

壓入硬度試驗
將特製的壓頭用一定負荷壓入在材料上一段時間,通過測量形成的壓痕來確定硬度。硬度高的材料上產生的壓痕小。
常用的壓入硬度試驗主要有:、洛氏硬度試驗、維氏硬度試驗、布氏硬度試驗等。

回彈硬度試驗
將以物理性質已知的物體用一定速度撞擊待測物體,回彈速度越高說明硬度越高 常用的回彈硬度試驗主要有:蕭氏硬度試驗、里氏硬度試驗等。

刻劃硬度試驗
將欲檢測的材料與一個或多個已知硬度的材料相互刻劃,在後者上留下劃痕說明硬度≥後者,反之≤後者硬度。這類方法能夠通過比較粗略估計硬度,但不夠精確。
常用的刻劃硬度試驗為鉛筆硬度試驗、莫氏硬度試驗(又稱摩氏硬度試驗)、銼刀硬度試驗等。

如何選擇硬度測試的類型?
  • 要測試的材料類型
  • 是否需要符合標準
  • 材料的硬度估值
  • 材料的同質性/異質性
  • 部件的尺寸
  • 是否需要鑲埋(取樣局部的組織)
  • 待測試的試樣數(抽檢、全檢)
硬度測試的原理?

以最常見的洛式硬度為例 HR

洛氏硬度是一種針對生產控制開發的快速硬度測試方法,使用直接讀數,主要用於金屬材料。可通過在使用給定載荷將壓頭壓入試樣材料後,測量所得壓痕的深度來計算洛氏硬度 (HR)。

  • 較常用於工件體較大的試樣
  • 主要用於金屬材料的快速測試方法
  • 廣泛被用於製程的測試,例如焠火、回火、退火…測試 (HRC)

常見的硬度測試之二維克式硬度HV
維氏硬度是一種適用於所有固體材料的硬度測試方法,包括金屬材料。在使用給定載荷使金剛石棱錐壓頭留下壓痕後,可通過測量試樣材料中的壓痕對角線長度來計算維氏硬度 (HV)。壓痕對角線可通過光學方式測量,以便通過表格或公式確定硬度。

  • 適合各種運用(焠火、表面硬度、滲碳…)
  • 適用於所有固體材料的硬度測試方法,包括金屬材料
  • 包括用於焊接點硬度測試的子組
  • 需前置作業(金相鑲埋)
  • 測試準備時間較長

 

異常問題排除

1. 如果工件表面過於粗糙,在評估壓痕的邊角時可能會遇到困難,尤其是使用自動化設備的情況下。
在使用自動化硬度測試時,製備過程中的劃痕可能會導致壓痕尺寸讀數有誤。 解決方式:
使用拋光的表面。
表面製備要求取決於為材料施加的載荷以及材料的硬度:材料越軟,需要品質越高的拋光。

2. 對於侵蝕程度高的試樣,可能難以評估壓痕的邊角,這可能會導致硬度測試的解果有誤。 解決方式:
應盡可能避免蝕刻,因為這會導致反射面減小。如果必須進行蝕刻,則優選光蝕刻,這樣可以區分出壓痕的角。例如,在評估焊接點時偶爾就需要進行蝕刻。

3. 硬度值高於預期。
解決方式:
查看相關規定,以確保在硬度測試中使用了正確的壓痕間距。
如果硬度壓痕彼此過於靠近,可能會出現應變硬化

日常中常見的範例?

√ 刀具
√ 扣件
√ 自行車相關
√ 車用零件
√ 手工具

什麼是限界螺紋規?

限界螺紋規以通規(GO)和止規(NOGO)為一組,通規可順利通過被測螺紋,止規必須在旋轉2周(牙)之內停止,此螺紋才算合格。
螺紋栓規(又可稱塞規、栓牙規),螺紋栓規為檢查母螺紋之檢具。
螺紋環規(又可稱環規、環牙規),螺紋環規為檢查公螺紋之檢具

環規及栓規精度均需符合『國際規範』如:ISO、JIS、ANSI、DIN、BSI等。並附上精度檢測報告,然各廠牌在規範內存在些許『公差』,故建議與對應廠商使用『同品牌』環栓規做檢測,較不易產生公差爭議。

◎規格分類
針對不同『工件種類』與『牙距』需求,環規、栓規可區分為:
M公制螺紋、UNC 美制螺紋粗牙、UNF 美制螺紋細牙、UNEF 美制螺紋特細牙、W英制牙、
PF 管用平行螺紋、NPSM 美制管用平行螺紋、PT英制管用斜度螺紋規、NPT美制管用斜度螺紋規、
BC 腳踏車用等。

規格精度:
1. 『ISO』公制標準:一般栓規常用等級為6H、環牙規等級為6g
2. 『JIS』新制標準:一般栓規常用等級為6H、環牙規等級為6g。
3. 『JIS』舊制標準(有分工作用及檢查用):等級分為1,2,3級(常用等級為2級)。
4. 『ANSI』美制標準:等級區分與新JIS相同,但公差範圍不同(不可混用)。
美制牙:(UNC,UNF,UNEF,UNS,UN)
1.『JIS』舊制標準:栓牙規等級為3B,2B,1B;環牙規等級為3A,2A,1A。
2.『ANSI』美制標準:等級區分同日規,但無工作用及檢查用區別,公差範圍也不同。

JIS為日本範規,根據使用目的將螺紋規分為工作用和檢查用兩類,而ISO規格則無此區分。
日本JIS標準中根據使用目的之不同可分為:GP-IP(檢查用規)和GP-WP(工作用規)、GP-NP(ISO標準)。

舉例:外徑3mm,間隙(pitch)0.5mm

  外徑 間隙 通端 止端 精度
ISO M3 x0.5 GP NP 6H
JIS M3 P0.5 GP WP II
JIS M3 P0.5 IP II