硬度測試
概念
硬度是指固體材料抵抗外界入侵的能力。它是一種材料特性的描述，其表現(xiàn)是在靜態(tài)負載下形成塑性變形、壓痕或劃痕。通過一定的測試方法得到硬度值。主要有以下類型：
|| 布氏硬度：通過碳化鎢球壓頭在材料表面施加壓力，根據(jù)施加的力值與壓痕面積的比例計算出硬度值；
|| 洛氏硬度：使用錐形金剛石或碳化鎢球壓頭，根據(jù)*終壓痕深度和初步壓痕深度測量值之差計算得出硬度值；
標樂在硬度測試領(lǐng)域擁有超過百年的經(jīng)驗，可以為上述硬度測試方法提供單獨解決方案，也可將這些方法整合到一臺設(shè)備中。下文中主要介紹了焊接件的維氏測試，以及如何將其應(yīng)用于生成材料的硬度彩色云圖。云圖顯示了整個需要測量區(qū)域的硬度梯度，特別有助于直觀體現(xiàn)材料硬度的分布情況。
焊接測試
WELD TESTING
熔合線附近的焊接區(qū)域（母材）的微觀結(jié)構(gòu)變化對焊縫的性能提出了影響，該區(qū)域容易產(chǎn)生高殘留應(yīng)力，以及不希望出現(xiàn)的組織結(jié)構(gòu)，使焊點區(qū)域容易失效。該區(qū)域被歸類為焊縫中的熱影響區(qū)(HAZ)。如圖1(a)所示，焊接的區(qū)域可以細分為幾個不同的區(qū)域，包括顯示焊縫熔深的母材區(qū)、熱影響區(qū)、焊縫區(qū)。對于多道焊接的樣品，由于焊接結(jié)構(gòu)的建立，每個焊道都會有相應(yīng)的熱影響區(qū)、熔合線和焊縫，如圖1(b)所示，有3個焊道。
圖1(a)是焊縫、熱影響區(qū)和母材的示意圖，(b)顯示了在低合金鋼基體上用2%Nital蝕刻的圓角焊縫和三個焊道，以顯示焊縫、熱影響區(qū)和構(gòu)成焊縫的三個焊道。
為了觀察焊接的微觀結(jié)構(gòu)，通過金相制備包括磨拋腐蝕等步驟來揭示微觀結(jié)構(gòu)，圖1(b)。然后可以對熱影響區(qū)的程度和范圍進行金相分析，以確定容易形成微裂紋的極端微結(jié)構(gòu)變化的潛在區(qū)域。
圖2說明了角焊縫的硬度測試，以及從母材、熱影響區(qū)和焊接區(qū)域觀察到的差異
為了定量了解焊接微觀結(jié)構(gòu)，通常根據(jù)ISO 9015/15614進行壓痕硬度測試，該標準描述了測試方法；規(guī)定了母材、熱影響區(qū)和焊縫的載荷、壓痕數(shù)量，以及壓痕之間的距離和焊接接頭表面以下的深度。要滿足標準中規(guī)定的要**相當困難的，耗費時間且受限于操作員的技能/經(jīng)驗。使用標樂的DiaMet自動化硬度測試軟件可簡化這個過程，如圖2和圖3所示，分別是角焊和對接焊。
根據(jù)焊縫和母材類型，焊縫的不同區(qū)域?qū)⒈憩F(xiàn)出不同的微觀結(jié)構(gòu)。如上圖2和3所示，這些微觀結(jié)構(gòu)具有不同的硬度水平。當您向焊縫移動時，您將從不間斷的母材開始，接著是一個帶有回火和臨界間熱影響區(qū)的區(qū)域，一個細晶粒的熱影響區(qū)，一個朝向焊縫熔合線的粗晶粒的熱影響區(qū)，然后是焊縫。熱影響區(qū)表現(xiàn)出不同的微觀結(jié)構(gòu)，并且總是容易出現(xiàn)硬度的局部變化，如圖3藍色圓圈所示。很明顯，基于ISO9015的標準技術(shù)可能捕獲熱影響區(qū)周圍硬度的局部變化，因為它涉及到一排壓痕。為了**了解焊縫的情況，焊縫云圖可以提供這種局部變化和潛在高應(yīng)力位置的詳盡概述。
云圖
MAPING
隨著自動化硬度測試、測試速度的提高和硬度測試軟件的發(fā)展，現(xiàn)在可以采用另一種方法對焊接部件進行定性和定量測試。這包括在焊縫掃描區(qū)域上進行多個壓痕，然后將從母材到焊縫的硬度值差異用不同顏色代碼進行分配，由軟件提供硬度變化的視覺輸出。使用壓痕映射的主要優(yōu)點是易于識別存在高殘余應(yīng)力的區(qū)域。該圖也可用于定性研究熱影響區(qū)、母材和焊接區(qū)域，而無需腐蝕樣品。圖4顯示了圖1和圖2中的焊接樣品，圖中有大約3000個壓痕。
對比圖4(b)和上面的圖1，用這兩種方法腐蝕和繪制的顯微圖之間有良好的相關(guān)性，顯示了焊縫、熱影響區(qū)和母材材料。
圖5顯示了通過一連串的多道工序建立起來的鋼材對接焊縫樣品(a)。這些類型的焊縫通常通過焊后熱處理（PWHT）來減輕堆焊過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。然而殘余應(yīng)力并未完全消除，焊后熱處理后的焊縫檢查也會顯示出這些區(qū)域，如圖5(b)和(c)所示。從圖中可以看出，高殘余應(yīng)力存在的地方（高硬度值），主要出現(xiàn)在熱影響區(qū)。
增材制造部件
ADDITIVE MANUFACTURED COMPONENTS
增材制造部件是通過逐層添加材料而形成的。這些部件可以由鋼、鈦、鉻鎳合金等多種材料制成。制造工藝包括定向能沉積(DED)和粉末床熔合(PBF)技術(shù)。與PBF技術(shù)相比，DED方法通常具有更高的積聚速率，這兩種技術(shù)都會因在層添加過程中的反復(fù)熱循環(huán)而導(dǎo)致殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。這些殘余應(yīng)力在部件的性能、完整性和壽命方面起著至關(guān)重要的作用，因此，評估它們的能力是至關(guān)重要的。為了繪制這些部件，它們必須首先進行金相制備，其表面光潔度取決于維氏壓痕測試時使用的載荷。
感應(yīng)淬火表面
CASE/INDUCTION HARDENED SURFACES
驗證表面硬化/感應(yīng)硬化工藝的另一種更為直觀的方法是將關(guān)注區(qū)域通過繪制云圖展現(xiàn)出來，圖7通過DiaMet軟件中的云圖工具繪制而成，展現(xiàn)了樣品硬度的均勻性。
總結(jié)
SUMMARY
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基于ISO標準的焊接測試可以通過DiaMet軟件的焊接工具相對快速和容易地進行。傳統(tǒng)的技術(shù)需要更長的時間，而且還受制于操作者的技能和經(jīng)驗。
NO.2
我們還證明了腐蝕焊接樣品和硬度分布區(qū)域之間有很好的關(guān)聯(lián)性。從類似于腐蝕焊接樣品的顯微云圖中可以很容易識別基底/母材金屬、熱影響區(qū)和焊縫。從顯微照片中還可以清楚地看到，在多道焊縫中識別焊縫通道，以及在焊縫形成時每個焊道對相鄰焊道的影響。
NO.3
增材制造部件可以被繪制成高亮度的局部硬度變化圖，作為識別高殘余應(yīng)力區(qū)域的一種方式。
NO.4
表面硬化材料可以被繪制成圖，從而提供一個**的硬化過程均勻性的圖解。