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材料力学性能:硬度

通过丹尼尔•柯林斯|2021年8月8日

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硬度是直线轴和导轨的通用规格-特别是那些与滚珠和滚子轴承使用的,在非常小的区域导轨遇到非常高的负载。轴承表面的硬度可以显著影响系统的寿命,通常是通过施加a硬度校正因子在计算轴承寿命时。


与屈服强度等其他机械性能不同,硬度不是由材料的硬度来定义的应力-应变图.事实上,一些专家认为硬度并不是一种材料的基本属性,应该只与材料的其他属性一起考虑,比如抗拉强度、比例极限和延展性。


材料的硬度有三种:划痕硬度,描述由于摩擦而产生的塑性变形或断裂;压痕硬度,描述在恒定的压缩载荷作用下抵抗局部塑性变形的能力;和反弹硬度,它与材料的弹性有关,并描述了金刚石锤从指定的高度落在材料上时“弹跳”的高度。

对于滚动元件线性轴承,我们通常关注压痕硬度,这是由于承载球或滚子的点或线接触造成的极端力。


有几种测试和定义材料压痕硬度的方法,但在线性轴承应用中最常用的方法是布氏硬度和洛氏硬度测试。这两种方法都是通过压头(通常是淬硬的钢球或具有球形端部的金刚石锥)的穿透深度来确定硬度的,压头在一段特定时间内以预先设定的载荷被压入试样的表面。硬度是根据压痕的尺寸确定的。

布氏硬度是用压痕的表面面积除以负载(用显微镜和叠加秤测量)得到的。

布氏硬度试验
布氏硬度试验用压痕的面积来测定硬度。
图片来源:Tec-science.com

材料硬度

HB =布氏硬度(kg/mm)2)

P =施加载荷(kg)

D =压头直径,或球直径(mm)

D =平均压痕直径(mm)

对于热处理的普通碳钢和低碳钢合金,抗拉强度(psi)大约等于布氏硬度的500倍。

洛氏硬度是通过首先使用一个较小的负载来迫使压头进入材料,然后,在达到平衡后,施加一个较大的负载。当主负荷达到平衡时,主负荷被去除,而小负荷仍被施加。这允许材料部分恢复,并使用永久穿透深度来计算洛氏硬度。

洛氏试验考虑了小载荷和大载荷之间的压痕深度差异。

HR =洛氏硬度

E =常数,取决于压头的类型(洛氏B标130,洛氏C标100)

H =主要载荷作用下的永久穿透深度(mm)

洛氏硬度的方程有时可写成:

E =主要载荷引起的永久穿透深度,单位为0.002 mm (E = h/0.002)

洛氏硬度是根据不同的标尺来测量的,这取决于被测试材料的类型。每一个标尺都指定了压头的类型和要使用的测试负载,以及该标尺适用的典型材料。轴承材料最常用的洛氏刻度是B (HRB)和C (HRC)。

有很多方法可以提高金属的硬度感应淬火和表面淬火常用于直线轴承部件。感应硬化将材料表面的硬度增加到0.5 mm至10 mm的深度,而表面硬化将表面硬度增加到0.25 mm至大约6 mm的深度。


了下:线性运动技巧


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