铝合金板材的硬度检测方法(2)
2. 包铝合金板的硬度检测
包铝合金板的硬度检测，目前尚无国家标准依据。
盖波音公司《BSS 7221 硬度试验》技术资料中，对2024和7075合金铝板硬度检测介绍。
实测数据供参考，见表3。
表3 2024和70合金硬度表
合金状态 | 去包铝层 | 带包铝层 | ||
HRB | HRE | HRB | HRE | |
2024—T4 厚：4.83 mm | 79.2～79.8 | 102.8～103.2 | 49.7～50.3 | 88.0～89.8 |
7075—T6 厚：3.18 mm | 91.5～92.0 | 108.5～109.0 | 71.5～72.0 | 97.0～99.5 |
加拿大航空公司《MPS 168—13金属硬度试验》技术资料中，对铝板的硬度值检测作了更为详细介绍。对2024铝合金包铝板有如表4数据介绍。
表4 2024合金金硬度表
合金状态 | 规格/mm | 洛氏硬度值 | |
最小值 | 最大值 | ||
2024—O 2024—T36 2024—T36 2024—T3 2024—T4 | 所有 包铝板≤1.60 包铝板>1.6 包铝板≤1.60 包铝板1.63～2.3 | — HRH 111 HRH 110 HRE 90 HRE 93 | HRH 90 — — — — |
2024—T3或T4 2024—T3或T4 2024—T3或T4 2024—T3或T4 2024—T3或T4 | 包铝板2.31～2.54 包铝板2.55～3.175 包铝板3.176～4.064 包铝板4.065～4.826 所有不包铝产品 | HRH 108 HRH 105 HRH 103 HRH 101 HRB 69 | — — — — — |
从以上资料中看出，国外早已应用洛氏硬度HRE和HRH标尺检测包铝合金板硬度，我国现已有HRE、HRH标准，上列数据可供应用HRE、HRH标尺检测包铝合金板时参考。
在应用HRE和HRH测定包铝合金板硬度时，应注意其适用性。一是应注意包铝层厚度的影响和规律。GB/T 3880—1997对可热处理强化铝合金板规定：板材厚度为0.5～1.6 mm时，每面包铝不得小于板材总厚度的4%；板材厚度>1.6～10.0 mm时，不得小于板材厚度的2%。其次，对在包铝板上和去掉包铝板上测定硬度，在积累分析数据的基础上，对硬度示值标分别作出了规定。
带包铝板和不带包铝板通过HRE、HRH硬度检测，结果肯定是有差异的，加拿大航空公司“MPS—13金属硬度试验”介绍，在带包铝层表面测得的HRE值比在去除包铝层测得的HRE值最大相差HRE15个单位，HRH则相差达14个单位。
通过试验得到差异值的规律关系，分虽对带包铝和不带包铝板的HRE和HRH作出硬度值≥**的合格界限规定。这是对包铝板硬度检测引进消化，寻求建立一种对包铝板检测的标准方法。
有资料介绍，表面洛氏HR 15T检测1.2 mm以下铝合金包铝板也是可行的。
国外有资料引证，薄铝板原要求用HRE标尺，由于有钻穿效应（即压痕深度h不能满足试样最小厚度t应大于10倍h的要求，且试样背面有肉眼可见的痕迹），允许用HR 15T标尺，即表面洛氏硬度，检测力为147 N（15 kgf），压头为1.588 mm钢球。
国内有试验数据证明：2024—T3 0.3 mm包铝板，要求HRE≥90，因为太薄，不宜用HRE检测，实测用HR 15T，结果为80.81HR 15T。实验验证：HRE 90换算为HR 15T 78.5关系成立。因此，薄包铝合金板（1.2 mm以下的）可用HR 15T表面洛氏硬度计进行硬度检测。
部分铝合金常温型布氏硬度值参见表4.
表4 部分铝合金常温典型布氏硬度值
牌号
布氏硬度 状态 | O (M) | HX 2 (Y4) | HX 4 (Y2) | HX 6 (Y1) | HX 8 (Y) | T4 (CZ) | T 6 (CS) |
1100(L 5—1) 5 A02(LF 2) 5 A03(LF3) 5056(LF 5—1) 3 A21(LF 21) 2 A(LY 1) 2 A04(LY4) 2A11(LY11) 2A12(LY12) 6A02(LD 2) 2A14(LD 10) 6061(LD 30) 7A03(LC 3) 7A04(LC 4) 7A09(LC 9) 7A10(LC 10) | 23 47 58 65 28 — — 45 47 30 45 30 — — 60 — | 28 60 67 — 35 — — — — — — — — — — — | 32 68 73 — 40 — — — — — — — — — — — | 38 73 78 — 47 — — — — — — — — — — — | 44 77 80 105 55 — — — — — — — — — — — | — — — — — — 115 105 — 160 105 165 — — — — | — — — — — 70 — — 120 196 135 205 150 150 150 130 |
铝材织构的判定
应用小负荷维氏硬度计作压印检测，随后观察压痕形态，可判定材料组织是否存在织构。例如纯铝板带材，由于轧制工艺不当，有时板带材产生各向异性（即织构），在随后深冲成制品时，造成产品出现“四角”即“制耳”，为了改进工艺提高产品品质，在没有X射线衍射仪的情况下，采用硬度试验法，可定性而简易地测定铝板带材是否存在织构。其方法为，在铝材上作小负荷维氏压印，随后观察压痕形态特征，在与深冲试验作反复对照后，有如下结论：当退火后的板带材试样，无结构组织时，压印保持正方形规则形态，四边无凸凹现象，深冲后无“四角”或很小。当退火板材试样有结构时，正方形压痕的四边向内凹冲制时“四角”产生的带材的纵横两个方向上。当冷加工试样有织构时，正方形压痕的四边向外凸，制耳的“四角”产生的带材的45°方向上。利用这种方法监控产品品质，简易而有实效。
另外，在电池（1#）外壳锌饼块的硬度检测中，也会有类似情况出现。电池锌饼块通常是用布氏硬度检测，在测试过程中如发现钢球压痕呈椭圆形，两个垂直方向测试的压痕直径有明显差异时，也反映出材料存在织构问题，也会在冲制电池筒（壳）时产生制耳。