./鍛造件的硬度要求和硬度計的選用鍛造業是現代工業生產的支柱產業,許多復雜、力學性能要求較高的零件都優先選用鍛造制坯的方式來生產。與鑄造件相比,鍛造件組織細密,碳化物分布和流線分布合理,在硬度、塑性、韌性等方面都得到了廉顧,只有最為優越的綜合力學性能。此外,零件經過鍛造加工還可以節約金屬材料,減小切銷加工量,提高生產率。鍛造工件,一般作為機械零件的毛坯,為了消除鍛造應力,便于隨后的切削加工,鍛造后要進行適當的熱處理,機械加工后還要進行最終熱處理。力學性能是鍛造件最重要的性能指標。幾乎所有的鍛造件都要求進行拉伸試驗,大部分鍛造件都要求進行布氏硬度試驗。經過機械加工和最終熱處理后的工件要進行洛氏硬度試驗,如果工件尺寸過大,無法進行洛氏硬度試驗,可采用肖氏或里氏硬度試驗代替。作者收集整理了美國標準ASTM中關于鍛造件硬度要求的部分規定。本文主要有兩部分容,第一部分,列舉出美國標準ASTM中典型鍛造產品關于硬度要求方面的規定,第二部分,介紹在鍛造產品上硬度計的選用方法。美國ASTM標準中關于鍛造件硬度的規定1、用作壓力容器構件的碳素鋼鍛造件〔ASTMA266/A266M-90適用于供鍋爐、壓力容器及有關設備用的4個牌號碳素鋼鍛造件。需方可在鍛造件上任何位置檢驗其布氏硬度,硬度值應在下列圍：級別布氏硬度允許圍〔HB1 121-1702和4137-1973159-2072.冷軋和熱軋用合金鍛鋼軋輥〔ASTMA427-87適用于黑色或有色金屬扁平軋材的冷軋和熱軋用均質淬硬合金鍛鋼軋輥。硬度要求.生產廠應按供需雙方一致同意的硬度圍提供軋輥。硬度試驗應檢查每個軋輥的硬度,硬度值應在合同規定的圍。可使用肖氏硬度計,洛氏硬度計或維氏硬度計測試。硬度試驗步驟、試驗數量及部位可由供需雙方商定。為確保軋輥縱橫方向均勻性,對于每個軋輥應進行足夠數量的硬度試驗。生產廠應提供一份硬度試驗報告,鋼號、軋輥、型號和硬度計的型號應寫入報告。3、一般工業用碳素鋼和合金鋼鍛造件〔ASTMA668-90適用于非處理的和熱處理的一般工業用碳素鋼和合金鋼鍛造件。抗拉試驗：鍛造件應符合下表所示的抗拉性能。硬度試驗：應在最終熱處理后〔A類鍛造件除外和粗加工后進行布氏硬度試驗；重量等于或小于7000磅〔3180公斤的每個鍛造件均應進行布氏硬度試驗。每個鍛造件上硬度讀數的平均值均應在下表規定的圍。任何重量超過250磅〔113公斤鍛造件的硬度允許偏差,A類到E類不得超過30HB,F類到J類,不得超過40HB,K類到N類不得超過50HB。應在重量超過250磅〔113公斤的盤狀件、環狀件和空心鍛造件的每個平面上進行兩次硬度試驗。這兩次試驗的部位應在半徑的中部并應相距成180度。例如：在一面上3：00和9：00時鐘位置,相反一面則在6：00和12：00的時鐘位置。重量超過250磅〔113公斤的實心鍛造件,應在鍛造件的周邊上至少進行4次硬度試驗,每端2次,相距180度。對于重量等于或小于250磅〔113公斤的鍛造件,應在能代表一爐鋼或代表每一熱處理爐批中所含的幾爐鋼的已斷裂試樣上進行布氏硬度試驗,試驗結果應在下表規定的硬度圍。如果需方有要求時,鍛造件可僅根據硬度試驗供貨。機械性能要求不銹鋼及耐熱鋼鍛造件〔ASTMA473-91a適用于一般用途及低溫或高溫下使用的奧氏體、奧氏體—鐵素體、鐵素體和馬氏體不銹鋼和耐熱鋼鍛造件。機械性能要求材料應符合下表中規定的室溫機械強度要求。對于鐵素體及馬氏體鋼,需方可規定用符合下表的硬度要求取代拉伸試驗。馬氏體牌號鍛造件應能在熱處理后達到下表規定的硬度要求。機械性能要求熱處理及硬度要求5、減速機大小齒輪用碳素鋼和合金鋼鍛造件〔ASTMA291-90適用于大小齒輪用經正火和回火的碳鋼鍛造件及經淬火和回火的合金鋼鍛造件。布氏硬度要求鍛造件的硬度應符合下表規定的要求,布氏硬度試驗應在機械加工到需方訂貨的尺寸以及消除應力之后,在鍛造件上準備好的部位上進行。硬度試驗的數量和位置。對于直徑大于和等于8英寸〔203毫米的每個鍛造件,應在切出齒的部位外表面上做4個布氏硬度試驗,即在相隔180o角的每條螺旋線上各做兩個試驗。機械性能要求6、用作管道構件的碳素鋼鍛造件〔ASTMA105/A105M-87a適用于室溫和高溫作業的壓力系統所用碳素鋼鍛造管道構件,包括法蘭、管配件、閥門及類似部件。按本標準制造的鍛造件之最大重量限定為10000磅〔4540公斤。拉伸試驗如果鍛造件太小,可以僅根據硬度試驗進行驗收,每批鍛造件應任意采取百分之一或十個鍛造件〔取較小值,按照ASTMA370標準中的布氏硬度試驗方法制備試樣,并進行試驗,壓痕的位置應由生產廠選定,但應選擇足以代表整個鍛造件的位置。一個鍛造件應有一個壓痕,但也可以另外壓出若干個附加壓痕,以確定有代表性的硬度值。所有鍛造件的硬度應在HB137-187之間。硬度試驗每一連續式或批式工件,應最少用2個鍛造件做硬度試驗,以保證鍛造件硬度在下表規定的圍。試驗應按照ASTMA370標準進行,需方可在鍛造件的任何位置上測量硬度,以驗證是否符合規定,但是這種試驗不得影響鍛造件的使用。需方可以在交貨的任何一個或全部鍛造件上,在鍛造件的任何位置上,檢驗其硬度,并且硬度值應在HB137-187之間。不在規定硬度圍之的任何鍛造件都應拒收。機械性能要求7、高溫作業管道鍛造或軋制合金鋼管法蘭及鍛制的管配件、閥門和部件〔ASTMA182/A182M-91適用于壓力系統用低合金鋼和不銹鋼鍛制的管道配件,包括法蘭、閥門及類似部件。硬度試驗按規定用批式或連續式熱處理爐處理過的鍛造件,每批應最少取兩個試樣,按照ASTMA370標準進行硬度試驗,以保證鍛造件的硬度在下表規定的每個牌號的硬度圍。需方可以在鍛造件任何部位測試,以證實是否符合要求,但是這種試驗不得導致鍛造件不能使用。當符合一定的規定可以減少拉伸試驗次數時,應在規定鍛造件上或試樣上進行附加的硬度試驗,在整個一批鍛造件中分散進行。用批式熱處理爐處理的鍛造件,每批至少檢驗8個試樣,連續式爐熱處理的鍛造件,每小時至少檢驗一個試樣,如批式爐的一批鍛造件不足8個,則每個鍛造件都應試驗,如果任何一個試驗超出了規定的硬度圍,整批鍛造件應重新進行熱處理,并執行鐵素體和馬氏體牌號鋼〔每爐鋼應以每個熱處理裝爐批進行一個拉伸試驗的規定。當需方提出要求時,每個鍛造件均應進行硬度試驗,硬度值應符合下表規定。8、滲碳用合金鋼鍛造件〔ASTMA837-90適用于滲碳用途的合金鋼鍛造件。硬度要求鍛造件的最大硬度值為229HB。硬度試驗應在按照需方訂貨要求進行的機加工后,在鍛造件預備表上進行。對于非齒輪用途的鍛造件,其硬度試驗的數量和部位可由供需雙方商定。對于直徑大于或等于8英寸〔205毫米的齒輪用鍛造件,應在切齒部位的外表面上做四個布氏硬度試驗,即在相隔180o角的每條螺旋線上各做兩個試驗,而且在這兩條螺旋線上做的試驗應相隔90o角。對于直徑小于8英寸的鍛造件,應做兩個布氏硬度試驗,即在相隔180o角的每條螺旋線上各做一個試驗。對于中空圓柱形鍛造件,在相隔180o角的每一端都做一個硬度試驗。硬度試驗應在齒部直徑的1/4面寬度進行。二、鍛造件硬度的檢驗方法為了消除加工應力,調整組織,細化晶粒,為隨后進行的切削加工準備良好的條件,鍛造件加工之后都要進行適當的熱處理,熱處理方法包括退火,正火,正火及回火,淬火及回火等。為了保證熱處理效果,工件的硬度值大多被規定在某一個硬度圍之,少數被規定在某一個硬度值以下。硬度試驗方法多數規定采用布氏硬度計,少數采用洛氏硬度計,個別大型工件可采用肖氏硬度計或里氏硬度計。眾所周知,鍛造件的硬度檢驗主要采用布氏硬度計,標準中或用戶的圖紙上要求的也幾乎都是布氏硬度值,多種類型的鍛造件都要求進行逐件檢測,每個工件還要求檢測多個點。對于小型鍛造件,可以直接在臺式的布氏硬度計上檢測。大中型鍛造件,無法搬到臺式機上測試,其硬度測試方法有兩類,其一是采用便攜式布氏硬度計,其二是采用其他便攜式硬度計,測量后再換算成布氏硬度值。鍛造件一般只是機械零件的毛坯,鍛造件生產出來之后還要送到機械加工廠進行切削加工,切削加工之后要進行最終熱處理。最終熱處理的方式包括正火,淬火-回火,滲碳,滲氮,局部高頻淬火等。最終熱處理后的工件有些可以作為機械零件直接使用,有些還要進行磨削等最終加工,然后作為機械零件使用。以鍛造件毛坯為原料加工成的機械零件,與以其他方法〔例如擠壓,軋制,鑄造等得到原料加工成的機械零件相比,具有最好的終合力學性能。這些工件要有良好的韌性,又要達到規定的硬度,具有工件在使用條件下必須具備的強度,耐磨性,表面硬度或局部硬度等性能。因此,最終熱處理后的工件還要進行精確硬度檢測,使用的硬度計應該是洛氏硬度計。工件較小時可用臺式洛氏硬度計,工件較大,較重或較長時應采用便攜式洛氏硬度計。當沒有便攜式洛氏硬度計或對硬度檢測精度要求不高時,可使用肖氏硬度計、里氏硬度計或錘擊式布氏硬度計。目前國外比較成熟的便攜式布氏硬度計主要有以下幾種：1、液壓式便攜布氏硬度計這種儀器采用液壓原理,依靠手動加壓的方式產生3000kg試驗力。儀器有一個釋壓閥,每當壓力達到3000kg時,釋壓閥開放,壓力就會落下來,儀器說明中規定,要加壓三次,讓壓力表指針三次沖擊3000kg數值,以此來代替布氏硬度試驗方法中關于3000kg力,加壓15秒鐘的規定。美國標準ASTME110規定了這種試驗方法。上述三次加壓的辦法所產生的效果與標準中規定的3000kg力,加壓15秒鐘所產生的效果是不可能完全相同的,并且加力的速度不同,效果也會有所不同。因此這種儀器的精度要低于臺式機。盡管如此,這種儀器還是得到了相當廣泛的應用,其測試精度對鍛造件來說已經能夠滿足要求。這種儀器目前國還沒有生產,國外典型儀器是美國公司生產的KING型,英國富臻公司生產的134型和美國沃伯特公司生產的WHB120型。2、剪銷式便攜布氏硬度計這種儀器通過一個手柄,驅動一個精密絲杠系統施加試驗力,利用一個剪力銷精確控制試驗力的大小,儀器采用1580kg的試驗力,當試驗力達到1580kg時剪力銷折斷,試驗力卸除。這種儀器當試驗力達到1580kg時剪力銷折斷,試驗力會瞬間消失,不可能維持標準規定的15秒鐘的時間。為了補償這一差異,儀器生產廠根據布氏硬度試驗原理中的公式經過大量對比試驗,建立了數學模型,自制了布氏硬度表,根據試驗后的壓痕直徑通過查表就可得到相應的布氏硬度值。儀器壓頭直徑Φ7.26mm,試驗條件F/D2=30,等效于3000kg力和10mm球的試驗條件。儀器試驗力誤差小于1%,布氏硬度測試精度為2-3%。這種儀器國已經有生產,天星試驗儀器生產的PHB150型和PHB300型就是這種原理的儀器。國外生產的這類儀器是瑞士ERNST生產的STE型。3、錘擊式布氏硬度計錘擊式布氏硬度計是依靠錘擊將鋼球同時壓入試樣及標準硬度塊表面,將試樣壓痕直徑與標準硬度塊壓痕直徑相比較來確定試樣的布氏硬度值。這是一種簡單的動態硬度計。該硬度計可以近似而迅速地確定鍛造件硬度。該儀器結構簡單,使用方便,誤差一般大于10%。4、攜帶式簡易布氏硬度計這是一種簡易的動態硬度測試儀器。該儀器采用一支彈簧給鋼球施加沖擊力,使其壓入試樣表面而得到壓痕,測出壓痕直徑后查表得到布氏硬度值,該儀器的誤差也是大于10%。5、剪銷式錘擊布氏硬度計剪銷式便攜布氏硬度計,其測頭部分可以方便地取下來作為錘擊式布氏硬度計使用,由剪銷精確控制試驗力,測試精度可達到±5%,其精度明顯高于其他錘擊式布氏硬度計,這種儀器只要接觸工件的一側即可測試,可測試任意大的工件,十分適于在生產現場對一般鍛造件做逐件檢測,每次測試只需消耗一支廉價的剪銷即可。當鍛造件較大,不便移動,并且不可分割,不能在臺式的布氏硬度計上測試時,還常常采用便攜式的肖氏硬度計和里氏硬度計。6、肖氏硬度計肖氏硬度計采用動態硬度測試原理,讓一個鋼球從某一高度下落,沖擊到試樣表面,在這種沖擊的作用下,試樣表面發生塑性變形,吸收了部分能量,剩余能量使鋼球彈回。試樣越硬,變形越小,反彈高度越高。測試出鋼球反彈的最大高度,即可得到試樣硬度。肖氏硬度計是便攜式儀器,可以測試各種大型工件,但是這種儀器要求垂直使用,要求工件表面光潔度較高,影響測試精度的因素較多,誤差也較大,其精度應在臺式機的和老的錘擊式布氏硬度計之間。鍛鋼軋輥的硬度測試普遍采用肖氏硬度計。7、里氏硬度計里氏硬度計是最近十幾年發展起來的儀器。它是對肖氏硬度計的改進,也是采用鋼球沖擊試樣表面,它測量的是鋼球在距試樣表面1mm處的反彈速度和下落速度之比。這種儀器是電子式的,帶有計算機,可以不必豎直使用,測試值可以自動換算成布氏,洛氏或肖氏硬度值。儀器小巧,使用非常方便,可以測試工件的不同部位,測試精度高于肖氏硬度計,遠低于布氏,洛氏硬度計。里氏硬度計也是要求工件表面光潔度較高,影響其測試精度的因素也較多,其換算成布氏硬度的誤差也較大。盡管如此,由于其操作簡單,使用方便,還是被人們迅速接受,在鍛造件特別是精加工后的工件硬度測試方面被大量采用。大型工件通常不便移動,又不允許切割,而對硬度檢測精度要求又較高。以往在世界圍都缺乏高精度的用于大型工件的便攜式洛氏硬度計可以使用。不得已,人們只好用精度較低的肖氏硬度計。后來,肖氏硬度計經過改進,生產出來了里氏硬度計,而里氏硬度計的主要缺點還是精度較低,特別是工件表面不光滑時精度更低。大型工件的精確硬度檢測一直是一個困擾人們的難題。然而,現在情況不同了。8、大型便攜式洛氏硬度計20XX,天星試驗儀器生產出了PHR系列大型便攜式洛氏硬度計,儀器的開口尺寸分別是200mm×100mm,200mm×250mm,500mm×300mm<寬×深>。儀器精度與臺式的150A型相同,可以滿足國家標準GB/T230的規定,經中國計量院測試,儀器誤差小于1.5HRC,最低可達到1.0HRC。可以測試最終熱處理之后的以鍛造件毛坯為原料的各種大型工件,可以測試板狀、塊狀、管狀、軸類以及其他形狀的工件,儀器外形如大型千分尺一樣,只要能夠將儀器穩固地安裝在工件上,并且能讓測頭垂