机械加工和表面粗糙度对金属材料硬度的影响分析

范小康

【摘要】金属材料的硬度受到多种因素的影响，包括机械加工、表面粗糙度等。因为机械热作用，机械在加工过程中硬度最低的部分在切口处。当切口处的距离越远，将逐渐增大HB值。当与切口处的距离大到一定距离，便不再受到影响，HB值也会渐渐稳定。这些数据具有重要的研究意义，想要研究规律就必须自己付诸行动不断进行实践。

【关键词】机械加工;表面粗糙度;金属材料

试验的条件、试样的设备都会影响到金属材料的布氏硬度值的变化，因为金属材料的布氏硬度值并不是一个固定的数值。金属材料的硬度会受到多种因素影响，包括不同的机械加工方法及不同的表面粗糙度等。在机械加工过程中会出现机械变形及机械热作用，因此金属材料在加工过后会造成层次不一的硬化层，硬化层也会随着机械加工设备、方法及表面粗糙度的变化而变化。

1 实验材料

40Cr钢、铅黄铜、45钢、20钢、35钢、Q235钢、RU T300、HT15-33、合金铸铁、HT20-40、QT45-10、QT60-2（B）、QT60-2（A）、QT50-5。所有材料的样本数量都是10且高度大于20mm，其中，No.1至6为一截棒材（供货态）;No.7至12为试块或是试样（不同的炉次）;No.13及14是指汽车零件本体。

2 实验方法

2.1采用HB300型硬度计、750kg载荷、钢球（直径5mm）、单筒读数显微镜（有螺旋测微尺）以及10s的保持时间。

用不同的机械加工方法，本次使用车、锯、铣、磨这四种，在距离切口不同的位置测试HB值，相同位置的硬度分为两种状态——Ra1.6和0.2。还可以比较冷却与否的情况，使用冷却液冷却一端，和不冷却的另一端作比较。

2.2采取和（1）相似的方法，测试两种不同的铸铁材料的HB值，分别测试距离切口处0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm的位置，及0.2，0.4，0.8，1.6四种Ra值。每个位置的点间距30的12个硬度点在不同时间打在同一个但是粗糙度不同的圆形磨面上。

3 试验结果

3.1将试验得出的数据进行整理分析，可以看出不论是机械加工方法的不同还是金属材料的不同，或是表面粗糙度如何、冷却与否，HB值都随着切口的靠近而降低，同样，也会随着切口的原理而加大，HB值最稳定的时候是距离切口1.5至3mm之后。退火效应区域的宽度并不等同于硬度增加的速度，但是二者都有一些可以察觉到的变化规律。

3.2将不同粗糙度的材料进行比较，根据试验结果，可以得出材料的粗糙度高，HB值也会高;粗糙度低的材料，HB值也会低。金属材料的布氏硬度值是一个受到内部状态和外界条件综合影响的物理量。不同的试验条件下，获取到的布氏硬度值也会有不同。在生活中包括工程中和技术上等地方都会使用到HB值，这些HB值都是在不同的条件下取得的，彼此之间也会存在误差，甚至可能误差较大，因此，这类研究能够获取相对而言较为统一的数值，这是很有必要的。

3.3在相同的条件下，HB值的差距大致在10到40HB之间;在不同的试验条件下，HB值的差距最大可以达到60。对HB值差距影响力由小到大的机械加工方式是磨、铣、锯、车。

3.4不同金属材料的原始硬度越高，HB值的差距范围就会越大。原始硬度数值越高的金属材料，在机械加工过程中便需要耗费更多的能量来进行加工，在切口处产生的热量也会越多，退火效应会更加强烈，硬度会随之而下降。原始硬度数值越低的金属材料则相反。不同材料的原始硬度会对HB值产生较大的影响，各种材料原始硬度的不同，导致HB值的差距范围较宽。

3.5机械加工的过程中，有冷却条件的金属材料的硬度会比会比没有冷却条件的硬度低，没有冷却的材料的硬度曲线都在有冷却条件的材料之上。

4 總结

试验材料不可避免存在着机械热作用，无论是金属材料或机械加工方法的不同，还是粗糙度的差距或者冷却与否，这些条件不同的材料样品会在加工之后从切口向内部逐渐变小的机械热效应区域。在这个区域内，硬度最低的位置是在切口处，从切口处慢慢升高。一旦离开这个区域，该材料的硬度就会逐渐变得稳定不易变动，相对而言，受外界条件影响不大。

金属材料的布氏硬度并不是一个常数，它不是一个固定的数值，而是会随着自身状态和外界条件不断变化。“硬度”并不固定，也没有一种说法能够证明硬度同某种物理性质有确定的联系，人们对于硬度的了解大多不够深入，它受到宏观和微观的双重影响，微观细小如原子间的结合力、晶格常数、金属晶格点阵类型，宏观如金属材料的变形度和外界的冷热加工条件等。布氏硬度值随着试验条件的不同而不同，要想测试准确的布氏硬度值，必须先掌握了解各种试验条件对于它的影响。这注定了硬度研究的路途还有很远要走，必须做好大量的工作和前期准备才有可能获得最后的结果，金属材料的各种理论研究都对现实生活具有重大意义，有效的规律便于指导实践应用。

当自身状态和外界条件差异过大时，布氏硬度值也会有很大的差别。国家有关于样品测试面的标准规定，其测试面的粗糙度需要在Ra0.8及以上，不可以低于Ra0.8这一数值。HB值会明显会受到外界因素的影响，包括材料的原始硬度、机械加工的条件和方法，只有进行统一的实验，才能对比不同的条件和获取的数值，真正了解到相对统一的金属材料的布氏硬度的数据。

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