機械加工和表面粗糙度對金屬材料硬度的影響分析

范小康

【摘要】金屬材料的硬度受到多種因素的影響，包括機械加工、表面粗糙度等。因為機械熱作用，機械在加工過程中硬度最低的部分在切口處。當切口處的距離越遠，將逐漸增大HB值。當與切口處的距離大到一定距離，便不再受到影響，HB值也會漸漸穩(wěn)定。這些數(shù)據(jù)具有重要的研究意義，想要研究規(guī)律就必須自己付諸行動不斷進行實踐。

【關鍵詞】機械加工;表面粗糙度;金屬材料

試驗的條件、試樣的設備都會影響到金屬材料的布氏硬度值的變化，因為金屬材料的布氏硬度值并不是一個固定的數(shù)值。金屬材料的硬度會受到多種因素影響，包括不同的機械加工方法及不同的表面粗糙度等。在機械加工過程中會出現(xiàn)機械變形及機械熱作用，因此金屬材料在加工過后會造成層次不一的硬化層，硬化層也會隨著機械加工設備、方法及表面粗糙度的變化而變化。

1 實驗材料

40Cr鋼、鉛黃銅、45鋼、20鋼、35鋼、Q235鋼、RU T300、HT15-33、合金鑄鐵、HT20-40、QT45-10、QT60-2（B）、QT60-2（A）、QT50-5。所有材料的樣本數(shù)量都是10且高度大于20mm，其中，No.1至6為一截棒材（供貨態(tài)）;No.7至12為試塊或是試樣（不同的爐次）;No.13及14是指汽車零件本體。

2 實驗方法

2.1采用HB300型硬度計、750kg載荷、鋼球（直徑5mm）、單筒讀數(shù)顯微鏡（有螺旋測微尺）以及10s的保持時間。

用不同的機械加工方法，本次使用車、鋸、銑、磨這四種，在距離切口不同的位置測試HB值，相同位置的硬度分為兩種狀態(tài)——Ra1.6和0.2。還可以比較冷卻與否的情況，使用冷卻液冷卻一端，和不冷卻的另一端作比較。

2.2采取和（1）相似的方法，測試兩種不同的鑄鐵材料的HB值，分別測試距離切口處0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm的位置，及0.2，0.4，0.8，1.6四種Ra值。每個位置的點間距30的12個硬度點在不同時間打在同一個但是粗糙度不同的圓形磨面上。

3 試驗結(jié)果

3.1將試驗得出的數(shù)據(jù)進行整理分析，可以看出不論是機械加工方法的不同還是金屬材料的不同，或是表面粗糙度如何、冷卻與否，HB值都隨著切口的靠近而降低，同樣，也會隨著切口的原理而加大，HB值最穩(wěn)定的時候是距離切口1.5至3mm之后。退火效應區(qū)域的寬度并不等同于硬度增加的速度，但是二者都有一些可以察覺到的變化規(guī)律。

3.2將不同粗糙度的材料進行比較，根據(jù)試驗結(jié)果，可以得出材料的粗糙度高，HB值也會高;粗糙度低的材料，HB值也會低。金屬材料的布氏硬度值是一個受到內(nèi)部狀態(tài)和外界條件綜合影響的物理量。不同的試驗條件下，獲取到的布氏硬度值也會有不同。在生活中包括工程中和技術上等地方都會使用到HB值，這些HB值都是在不同的條件下取得的，彼此之間也會存在誤差，甚至可能誤差較大，因此，這類研究能夠獲取相對而言較為統(tǒng)一的數(shù)值，這是很有必要的。

3.3在相同的條件下，HB值的差距大致在10到40HB之間;在不同的試驗條件下，HB值的差距最大可以達到60。對HB值差距影響力由小到大的機械加工方式是磨、銑、鋸、車。

3.4不同金屬材料的原始硬度越高，HB值的差距范圍就會越大。原始硬度數(shù)值越高的金屬材料，在機械加工過程中便需要耗費更多的能量來進行加工，在切口處產(chǎn)生的熱量也會越多，退火效應會更加強烈，硬度會隨之而下降。原始硬度數(shù)值越低的金屬材料則相反。不同材料的原始硬度會對HB值產(chǎn)生較大的影響，各種材料原始硬度的不同，導致HB值的差距范圍較寬。

3.5機械加工的過程中，有冷卻條件的金屬材料的硬度會比會比沒有冷卻條件的硬度低，沒有冷卻的材料的硬度曲線都在有冷卻條件的材料之上。

4 總結(jié)

試驗材料不可避免存在著機械熱作用，無論是金屬材料或機械加工方法的不同，還是粗糙度的差距或者冷卻與否，這些條件不同的材料樣品會在加工之后從切口向內(nèi)部逐漸變小的機械熱效應區(qū)域。在這個區(qū)域內(nèi)，硬度最低的位置是在切口處，從切口處慢慢升高。一旦離開這個區(qū)域，該材料的硬度就會逐漸變得穩(wěn)定不易變動，相對而言，受外界條件影響不大。

金屬材料的布氏硬度并不是一個常數(shù)，它不是一個固定的數(shù)值，而是會隨著自身狀態(tài)和外界條件不斷變化?！坝捕取辈⒉还潭ǎ矝]有一種說法能夠證明硬度同某種物理性質(zhì)有確定的聯(lián)系，人們對于硬度的了解大多不夠深入，它受到宏觀和微觀的雙重影響，微觀細小如原子間的結(jié)合力、晶格常數(shù)、金屬晶格點陣類型，宏觀如金屬材料的變形度和外界的冷熱加工條件等。布氏硬度值隨著試驗條件的不同而不同，要想測試準確的布氏硬度值，必須先掌握了解各種試驗條件對于它的影響。這注定了硬度研究的路途還有很遠要走，必須做好大量的工作和前期準備才有可能獲得最后的結(jié)果，金屬材料的各種理論研究都對現(xiàn)實生活具有重大意義，有效的規(guī)律便于指導實踐應用。

當自身狀態(tài)和外界條件差異過大時，布氏硬度值也會有很大的差別。國家有關于樣品測試面的標準規(guī)定，其測試面的粗糙度需要在Ra0.8及以上，不可以低于Ra0.8這一數(shù)值。HB值會明顯會受到外界因素的影響，包括材料的原始硬度、機械加工的條件和方法，只有進行統(tǒng)一的實驗，才能對比不同的條件和獲取的數(shù)值，真正了解到相對統(tǒng)一的金屬材料的布氏硬度的數(shù)據(jù)。

參考文獻：

[1]杜小平，何偉，張靖，李正佳.機械加工和表面粗糙度對金屬材料硬度的影響[J].中國金屬通報，2019（2）：84-85.

[2]蔣小兵，蔣愛榮.金屬材料機加工表面質(zhì)量與精度控制技術的初探[J].科技風，2016（12）：157.

[3]周鵬.碳纖維復合材料工件切削表面粗糙度測量與評定方法研究[D].大連理工大學，2011.

[4]寇元哲.影響機械加工表面質(zhì)量的因素分析[J].甘肅科技，2007（7）：98-100.

[5]鄭遠謀.機械加工和表面粗糙度對金屬材料硬度測試數(shù)據(jù)的影響[J].理化檢驗（物理分冊），2000（11）：486-489.