美國標(biao)準ASTM中(zhong)關于鑄件硬度的(de)要求(qiu)及硬度計(ji)的(de)選用方法(fa)

鑄造業是機械行業的一個重要分支，由于石墨的存在賦予鑄鐵優良的鑄造性能、切削加工性能、減磨性能、減振性能以及低的缺口敏感性。而且鑄造生產設備簡單,制造成本低，因而在工業生產中得到廣泛應用。在各類機械產品中，按質量計算，鑄件所占比例高達50%以上。

鑄造件**位的質量指標就是力學性能，測試工件力學性能的方法主要有兩個，其一是拉伸試驗，其二是硬度試驗。拉伸試驗測試的是工件的抗拉強度，屈服強度和伸長率，而硬度試驗反映的是在各自規定的條件下材料彈性、塑性、強度、韌性及磨損抗力等多種物理量的綜合性能。在美國鑄件標準中幾乎每一種產品都規定了拉伸試驗。多數產品規定了硬度試驗。

拉伸試(shi)(shi)(shi)驗設(she)備(bei)復雜(za)，投資(zi)較高(gao)，需要專業人員，需要制(zhi)備(bei)試(shi)(shi)(shi)樣，試(shi)(shi)(shi)驗效率(lv)低，成(cheng)本(ben)高(gao)。硬度(du)(du)試(shi)(shi)(shi)驗設(she)備(bei)簡(jian)(jian)單，易于掌(zhang)握，壓(ya)痕(hen)很(hen)小，可視為無損檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)，可直接測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)成(cheng)品或(huo)半成(cheng)品工件(jian)。測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)效率(lv)高(gao)，可用于對成(cheng)批工件(jian)的逐件(jian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)。隨著硬度(du)(du)計制(zhi)造技術的進步，各種便攜式儀器(qi)，特別是(shi)高(gao)精度(du)(du)便攜式儀器(qi)不(bu)斷出現(xian)，使(shi)得硬度(du)(du)測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)實現(xian)了簡(jian)(jian)單、快捷和**。使(shi)現(xian)場硬度(du)(du)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)，生產線(xian)上(shang)的硬度(du)(du)控(kong)制(zhi)及大(da)工件(jian)的**硬度(du)(du)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)成(cheng)為可能。

硬(ying)度(du)(du)試(shi)(shi)驗(yan)和拉(la)伸(shen)試(shi)(shi)驗(yan)基本上都是(shi)檢測(ce)金(jin)屬(shu)抵抗(kang)塑性(xing)變(bian)形的能(neng)力(li)。兩種試(shi)(shi)驗(yan)在某種程度(du)(du)上是(shi)檢測(ce)金(jin)屬(shu)相(xiang)似的特性(xing)。二者的試(shi)(shi)驗(yan)結果是(shi)完全可以(yi)相(xiang)互(hu)比較的，對于多(duo)數(shu)金(jin)屬(shu)材料，硬(ying)度(du)(du)值(zhi)和抗(kang)拉(la)強度(du)(du)值(zhi)是(shi)可以(yi)通過查(cha)表相(xiang)互(hu)換算的。因此(ci)在測(ce)試(shi)(shi)材料力(li)學(xue)性(xing)能(neng)時(shi)，人(ren)們越(yue)來越(yue)多(duo)地選擇采(cai)用硬(ying)度(du)(du)試(shi)(shi)驗(yan)，而較少選用拉(la)伸(shen)試(shi)(shi)驗(yan)。

作者研究整理了美國標準ASTM中關于鑄件硬度要求的規定。

本文主要有(you)兩(liang)部分內容，**，美國標準(zhun)ASTM中典(dian)型鑄(zhu)造產品關于硬度(du)要求方(fang)面(mian)的規(gui)定(ding)。**，在鑄(zhu)造產品檢測(ce)中硬度(du)計的選用(yong)方(fang)法。

一、美國標準ASTM中(zhong)關于鑄(zhu)件硬度的要求

灰口鐵鑄件（ASTM A48-92）

適(shi)用于主要(yao)考慮抗拉(la)強(qiang)(qiang)度(du)的(de)(de)一(yi)般工程(cheng)用灰口鐵(tie)鑄(zhu)(zhu)件，鑄(zhu)(zhu)件根據不(bu)同鑄(zhu)(zhu)造(zao)試棒的(de)(de)抗拉(la)強(qiang)(qiang)度(du)分級(ji)。在此類鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)件中，化學成分相對于抗拉(la)強(qiang)(qiang)度(du)來(lai)說是(shi)次要(yao)的(de)(de)。鑄(zhu)(zhu)件在訂貨或生產(chan)時，根據單獨(du)鑄(zhu)(zhu)造(zao)的(de)(de)試樣性能分成若(ruo)干個等(deng)(deng)級(ji)，每一(yi)等(deng)(deng)級(ji)采(cai)用一(yi)個數字后接(jie)一(yi)字母表(biao)示(shi)(shi)，數字表(biao)示(shi)(shi)單獨(du)鑄(zhu)(zhu)造(zao)試棒的(de)(de)*小(xiao)(xiao)抗拉(la)強(qiang)(qiang)度(du)，字母表(biao)示(shi)(shi)試棒的(de)(de)規(gui)格。例如：灰口鐵(tie)鑄(zhu)(zhu)件，ASTMA48，30B級(ji)表(biao)示(shi)(shi)按標準(zhun)ASTMA48生產(chan)的(de)(de)，*小(xiao)(xiao)抗拉(la)強(qiang)(qiang)度(du)為30千磅/英寸(cun)(cun)2（207MPa），試棒的(de)(de)公稱直(zhi)徑(jing)為1.2英寸(cun)(cun)（30.5mm）。標準(zhun)述及“在生產(chan)廠和(he)購買方達(da)成書面(mian)協議時，要(yao)求(qiu)鑄(zhu)(zhu)件滿足硬(ying)度(du)、化學成分、顯微組織(zhi)、壓漏、X線檢(jian)驗無缺陷、尺寸(cun)(cun)、表(biao)面(mian)精度(du)等(deng)(deng)要(yao)**必要(yao)的(de)(de)”。

機動車用灰口鐵鑄件（ASTMA159-88）

適(shi)用于以砂模鑄造的，在汽車、拖拉機及相關(guan)工(gong)業(ye)中使用的灰口鐵(tie)鑄件。

訂貨(huo)合同應包括如(ru)下條款：

• 是否(fou)需要(yao)特殊(shu)熱(re)處理。
• 進行硬度試驗的表面。
• 所要求的(de)表(biao)(biao)面硬化深度(du)和表(biao)(biao)面硬度(du)。

硬度要求：

鑄造(zao)廠應采取必(bi)要的控制和(he)檢驗(yan)技術(shu)以保證鑄件符合所規(gui)定的硬(ying)度范圍，布氏硬(ying)度按ASTM

E10試(shi)驗方法，在(zai)鑄件表面(mian)已經去(qu)除足夠厚度的(de)(de)材料后測試(shi)，以保(bao)證硬(ying)度讀數的(de)(de)代(dai)表性。除另有協議外(wai)，應采用10毫(hao)米的(de)(de)鋼球和3000公(gong)斤負荷。在(zai)鑄件上檢測硬(ying)度的(de)(de)面(mian)積及其位置應由(you)供(gong)需(xu)雙方商定(ding)，并在(zai)圖紙(zhi)上標出。

球墨鑄鐵鑄件（ASTMA536-84）

適用于由球(qiu)墨鑄鐵(tie)制作(zuo)的(de)鑄件，這種鑄鐵(tie)含有球(qiu)狀石墨，基(ji)本上沒(mei)有其他形式的(de)石墨。

鑄件牌號按“抗拉強(qiang)度(du)——屈(qu)服(fu)強(qiang)度(du)——延伸(shen)率”來表示，例(li)如：

牌(pai)號：80-55-06

代表(biao)抗拉強(qiang)(qiang)度(du)80000磅/英寸2（552MPa），屈服強(qiang)(qiang)度(du)55000磅/英寸2（379MPa），延伸率6.0%（2英寸或50mm）。

鑄(zhu)件應進行適當的熱處理，如退火、正火、淬火并回火等。

在合同(tong)或訂貨單中有規定時，鑄件(jian)應滿足硬度、化學成分、顯微組織(zhi)……等要求。

奧氏體球墨鑄鐵鑄件（ASTMA439-89）

適用(yong)于(yu)主要用(yong)于(yu)耐熱、耐腐蝕和耐磨的奧氏(shi)體球墨鑄(zhu)(zhu)鐵件(jian)。鑄(zhu)(zhu)件(jian)應進行(xing)消除應力、穩定(ding)性(xing)處理(li)或(huo)退(tui)火等熱處理(li)。

等溫淬火球墨鐵鑄件（ASTMA897M-90）

適用于需要進行等溫淬火熱處理的球墨鐵鑄件。等溫淬火可以使同一鑄件的不同部位或同一爐鐵水鑄成的不同鑄件間的力學性能差異縮小。應用等溫淬火熱處理可以擴大在球墨鑄鐵件上可得到的性能范圍。

珠光體可鍛鑄件（ASTMA220 M-88）

適用于從常溫到400℃條件下工作的一般工程用珠光體可鍛鑄鐵鑄件。如果購貨合同要求進行硬度試驗，則應說明可以接受的硬度范圍，試驗部位應清晰地示于附圖上。只要有可能，就應采用ASTME10規定的布氏硬度試驗方法。并且應盡量采用3000kg力/10mm球的試驗條件，如果由于工件尺寸或形狀不允許，則可采用1500kg力/10mm球。在不能采用布氏硬度計的特殊情況下，可按照ASTME18的規定，采用洛氏硬度試驗方法來代替。

汽車用可鍛鑄鐵鑄件（ASTMA602-87）

適用于汽車工業和同類型工業產品所用的鐵素體、珠光體、回火珠光體和回火馬氏體級的可鍛鑄鐵鑄件。鑄件應進行熱處理。硬度要求鑄件應實行必要的控制和檢驗工序以保證符合規定的硬度范圍。硬度讀數應按照ASTME10，從鑄件表面**足夠厚度的材料之后測取，以保證硬度值的代表性。應由供需雙方協商一致并按圖紙所示，確定鑄件檢查硬度的表面或區域。

耐磨鑄鐵（ASTMA532/A532M-87）

本標準適用于一組合金化的白口鑄鐵，以保證在采礦、選礦、泥土裝卸和制造工業中應用時的高耐磨性。Ⅱ級和Ⅲ級合金經常按熱處理狀態訂貨，*大硬度為400HB。硬度測試可在鑄件原始表面的任何部位進行。壓痕可在鑄件的原始表面上做出，或深入原始表面1/8英寸。硬度按照下列ASTM標準規定的方法進行測試。優先選用的方法是采用碳化鎢球和3000公斤力的ASTME10布氏試驗法。作為任選方法，可采用ASTME18標準中的洛氏方法，采用洛氏C標尺，金剛石圓錐壓頭和150公斤力。

二、硬度計在(zai)鑄(zhu)造(zao)件上的應用

1、布氏硬度計

鑄造件的硬度檢測優選布氏硬度計，特別是晶粒比較粗大的灰口鐵鑄件，只能采用布氏硬度計，并且要盡量選用3000kg力，10mm球的試驗條件，當鑄件尺寸較小時，也可選用洛氏硬度計。

在(zai)鑄造件硬度檢測方面優(you)先選用布氏(shi)硬度計的原因在(zai)于(yu)以下兩點：

a、鑄鐵件通常組織不均勻，晶粒較大，含有的碳、硅和其他雜質也比鋼材多，在不同的微小區域內或不同的點上硬度的大小會有所不同。而布氏硬度計的壓頭尺寸較大，壓痕面積較大，可以測出某一范圍內材料硬度的平均值，因此使用布氏硬度計測試精度較高，硬度值的分散性較小，測得的硬度值更能代表工件硬度的實際狀況。所以布氏硬度計在鑄造行業被廣泛應用。

b、抗(kang)(kang)(kang)拉強(qiang)度(du)是鑄件(jian)**位的(de)(de)力(li)學(xue)性能指標，幾乎所有(you)的(de)(de)鑄造件(jian)標準(zhun)中都(dou)有(you)關于抗(kang)(kang)(kang)拉強(qiang)度(du)的(de)(de)要求。而鑄件(jian)的(de)(de)布(bu)氏硬度(du)值(zhi)和抗(kang)(kang)(kang)拉強(qiang)度(du)值(zhi)具有(you)非常密(mi)切的(de)(de)關系(xi)，二者的(de)(de)數值(zhi)可(ke)以(yi)相互換算(suan)。灰鑄鐵的(de)(de)抗(kang)(kang)(kang)拉強(qiang)度(du)可(ke)以(yi)由以(yi)下公式計算(suan)：

σb=1.82（HB）1.85

二者關系也可(ke)以通過查表得(de)到。通過測試布氏硬度值(zhi)可(ke)以快速、方(fang)便(bian)地得(de)到工(gong)件的抗拉強(qiang)度值(zhi)。從而提高檢測效率、降低試驗成本。

2、洛氏硬度計

洛氏硬度計也常用于鑄鐵的硬度試驗。凡是晶粒較細的工件，如果沒有足夠的面積作布氏硬度試驗，也可以進行洛氏硬度試驗，對于珠光體可鍛鑄鐵，冷硬鑄鐵和鑄鋼件，可以采用HRB或HRC標尺，如果材質不均勻，應測出幾個讀數，取其平均值。

洛氏硬度計測(ce)試快速(su)，方便，壓痕小，可以直接測(ce)試成(cheng)品工(gong)件(jian)，適于對成(cheng)批生產的成(cheng)品或半(ban)成(cheng)品工(gong)件(jian)的逐(zhu)件(jian)檢測(ce)。

3、肖氏硬度計

在(zai)個(ge)別情(qing)(qing)況下(xia)，一(yi)些型(xing)體較(jiao)大的鑄造件，不允許切割試(shi)(shi)樣(yang)，也(ye)不能另外鑄造用(yong)于硬度測試(shi)(shi)的試(shi)(shi)驗塊，這時硬度檢測會遇到困難。對于這種情(qing)(qing)況，常用(yong)的辦法是，在(zai)鑄件進行精加工之后在(zai)光潔的表面上用(yong)便攜式的肖氏硬度計測試(shi)(shi)硬度。例(li)如冶金行業廣泛應用(yong)的軋輥標(biao)準中就規定要(yao)使用(yong)肖氏硬度計測試(shi)(shi)硬度。

肖氏硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)計(ji)由(you)于(yu)采(cai)用(yong)了動態硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)檢測原理(li)，影響硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)測試(shi)(shi)結果的因(yin)素較多，測試(shi)(shi)精度(du)(du)(du)遠低于(yu)采(cai)用(yong)靜態的壓痕(hen)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)測試(shi)(shi)原理(li)的布氏硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)計(ji)和洛氏硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)計(ji)。由(you)于(yu)這(zhe)個(ge)原因(yin)，在軋(ya)輥(gun)(gun)(gun)標準(zhun)中(zhong)還推(tui)薦(jian)采(cai)用(yong)一(yi)(yi)種硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)對(dui)比(bi)輥(gun)(gun)(gun)，硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)對(dui)比(bi)輥(gun)(gun)(gun)起到一(yi)(yi)個(ge)標樣的作用(yong)，其硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)值是依靠(kao)切割試(shi)(shi)樣的辦法得到**測試(shi)(shi)的。使(shi)用(yong)肖氏硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)計(ji)測試(shi)(shi)軋(ya)輥(gun)(gun)(gun)之后，要在對(dui)比(bi)輥(gun)(gun)(gun)上核對(dui)肖氏硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)計(ji)的檢測精度(du)(du)(du)。

4、里氏硬度計

目前，在鑄造件硬度(du)(du)(du)檢測(ce)上里(li)氏硬度(du)(du)(du)計(ji)被(bei)廣泛使(shi)用。里(li)氏硬度(du)(du)(du)計(ji)是對(dui)肖(xiao)氏硬度(du)(du)(du)計(ji)的改進(jin)。它也是采用動態(tai)硬度(du)(du)(du)測(ce)試原理(li)，利用計(ji)算(suan)機(ji)技術(shu)實現(xian)了硬度(du)(du)(du)計(ji)的小型化，電(dian)子化，使(shi)用簡單方(fang)便，測(ce)試結果可(ke)方(fang)便地換算(suan)成布氏硬度(du)(du)(du)值，因而得到廣泛歡迎。

但是，同肖氏(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)計(ji)一(yi)樣，里氏(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)計(ji)的(de)(de)(de)精(jing)度(du)(du)也不高，影響測(ce)試(shi)精(jing)度(du)(du)的(de)(de)(de)因素較多，要求工件表面具有(you)較高的(de)(de)(de)光潔度(du)(du)，并且缺乏權(quan)威的(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)(du)換算表，硬(ying)(ying)度(du)(du)換算也會帶來較大誤差。因此里氏(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)計(ji)的(de)(de)(de)測(ce)量結(jie)果常(chang)常(chang)被(bei)人(ren)們作為(wei)參考值(zhi)在(zai)國(guo)內使用，里氏(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)計(ji)主要用于對(dui)工件硬(ying)(ying)度(du)(du)要求范圍較寬的(de)(de)(de)場合。另外(wai)，里氏(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)計(ji)作為(wei)非(fei)正規的(de)(de)(de)硬(ying)(ying)度(du)(du)檢測(ce)方(fang)法，在(zai)國(guo)際(ji)標(biao)準化組織中(zhong)沒(mei)有(you)得到廣(guang)泛認(ren)可，在(zai)國(guo)外(wai)鑄(zhu)造件的(de)(de)(de)產品標(biao)準中(zhong)也沒(mei)有(you)被(bei)采(cai)用。在(zai)國(guo)際(ji)貿(mao)易(yi)中(zhong)，里氏(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)計(ji)的(de)(de)(de)測(ce)量結(jie)果不會被(bei)多數外(wai)商接受。

許多鑄造件都是中大型工件、有些重達幾噸，無法搬到臺式的硬度計上測試。鑄件的**硬度測試主要采用單獨鑄造的試驗棒或鑄件上附帶的試驗塊。然而，無論是試驗棒還是試驗塊都無法完全代替工件本身，即使是同一爐鐵水，鑄造工藝和熱處理條件也相同，因為尺寸大小的巨大差異，會造成二者加熱速度，特別是冷卻速度不同，很難讓二者具有完全相同的硬度，由于這個原因許多客戶更關心和相信工件本身硬度。這樣就要求有一種便攜式的**硬度計來測試鑄件硬度。