机械加工和表面粗糙度对金属材料硬度的影响

2019-05-22杜小平李正佳

中国金属通报 2019年2期

关键词：砂纸曲线图粗糙度

杜小平，何伟，张靖，李正佳

（西安汉唐分析检测有限公司，陕西西安 710000）

1 试验材料

试验用材料和有关参数见下表1。

表1

2 试验方法

2.1 试验设备

在试验过程中，主要采用AVK型维氏硬度计，操作时选用136°的正四棱锥体金刚石压头，测量装置为读数显微镜。

使用到的荷载为10kg，保压时间为30S，测量的精度控制在0.001mm。

2.2 试验过程

第一步：金相处理及硬度检测。先用240号砂纸粗磨，然后用700号砂纸细磨，再经两道抛光程序，通过金相方法检查直至试样表面完全去除变形层，之后经700号细砂纸处理去除腐蚀层，接下来对试样进行硬度检测即随机在试样加工面测试6点硬度。

第二步：车床加工处理及硬度检测。车床加工过程中采用不冷却加工之后，分别采用240号粗砂处理15s和700号细砂纸处理60s，分别得到Ra0.8和Ra0.4两种粗糙度的表面，然后分别对其进行硬度检测；车床加工过程中采用冷却加工之后，用240号粗砂纸处理15s，得到Ra0.4的表面，然后对其表面进行硬度检测。

第三步：刨床加工处理及硬度检测。用刨床加工完之后，分别采用240号粗砂纸处理15s和700号细砂纸处理60s，分别得到Ra0.8和Ra0.4两种粗糙度的表面，然后分别对其进行硬度检测。

第四步：磨床加工处理及硬度检测。用磨床加工完之后，分别采用240号粗砂纸和700号细砂纸处理分别采用240号粗砂处理15s和700号细砂纸处理60s，，分别得到Ra0.8和Ra0.4两种粗糙度的表面，然后分别对其进行硬度检测。

为了了解在机械加工取样中冷却条件对硬度值的影响，在车床加工过程中还比较了冷却与否的两种情况。

3 试验结果分析

（1）试验结果。将上述两种试验方法获得的大量数据进行整理，绘制成如下图示。

图1 不同制样方式所作的HV曲线图

系列1表示：金相制样HV曲线

系列2表示：磨削试样Ra0.8HV曲线

系列3表示：刨床试样Ra0.8HV曲线

系列4表示：车削试样Ra0.8HV曲线

图2 Ra0.4、Ra0.8车削样HV曲线图

系列1表示：Ra0.4车削样HV曲线图

系列2表示：Ra0.8车削样HV曲线图

图3 Ra0.4、Ra0.8磨削样HV曲线图

系列1表示：Ra0.4磨削样HV曲线图

系列2表示：Ra0.8磨削样HV曲线图

（2）试验结果分析。①由图1可以看出，车削加工处理、磨削加工处理、刨削加工处理与金相处理的曲线对比可以看出，磨削加工处理试样的检测结果最接近金相处理的检测结果，即磨削加工处理的试样其硬度值最接近材料的真实硬度值，相比较刨床加工和车削加工偏差相对大一些，一般比真实值高。②由图2～4可以看出，同一材料表面其粗糙度高的硬度值也高。③由图5可以看出，在实验过程中，在相同的硬度检测条件下，在冷却条件下加工的试样硬度高于不冷却试样硬度。

图4 Ra0.4、Ra0.8刨床样HV曲线图

系列1表示：Ra0.4刨床样HV曲线图

系列2表示：Ra0.8刨床样HV曲线图

图5 车削样冷却与不冷却的HV曲线图

系列1表示：车削样冷却HV曲线图

系列2表示：车削样不冷却HV曲线图

（3）试验结果讨论。①本试验存在着机械-热作用及机械加工变形，本文讨论的这三种机械加工方法在对材料进行机械加工后，对其硬度值都存在一定的影响，影响依次顺序是车、刨、和磨（削），它的变化机理主要是按照材料机械加工的热影响和机械加工材料的变形程度实现的。在加工过程中采用冷却条件也是为了降低机械热作用对材料表面加工硬化的影响。②同一材料表面在不同的粗糙度下其硬度值也不同，一方面是由于试样加工之后砂纸处理的时间较短即变形层去除的相对较少，试样表面还有变形层残留，故而影响试样硬度值偏高；另一方面粗糙度高，在测量硬度压痕时也会造成视觉上的偏差，也会对硬度只有影响。 ③按照工程实际，在确定金属材料硬度上它没有确切的标准。主要是按照材料状态与试验条件确定的，所以说，在试验时选择的条件、方法等都会给硬度产生一定的影响。加工方法越粗糙、材料越软，其影响越大。