海绵钛特级品布氏硬度测量方法正确性的探讨

海绵钛特级品布氏硬度测量方法正确性的探讨
苏丽凤，武晶晶，李 荣
（西北有色金属研究院西部金属材料公司，陕西　西安　７２１０１４）
摘 要：依据海绵钛ＧＢ／Ｔ２５２４－２００２现行标准，选取符合标准要求的６个试锭，分别对其同一批样品不同层面进行布氏硬度的测量；分析了同一样品不同层面的布氏硬度值分散的原因；提出了海绵钛特级品布氏硬度测量方法正确性的合理化建议。

关键词：海绵钛；特级品；布氏硬度；
中图分类号：ＴＦ８２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１６）１９－００４３－２
Titanium sponge super brinell hardness measurement method is correct
SU Li-feng ,WU Jing-jing,LI Rong
（Ｗｅｓｔｅｒｎ　ｍｅｔａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｃｏ．，ＬＴＤ．，　ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ｃｅｎｔｅｒ，Ｘｉ＇ａｎ　７１００１６，Ｃｈｉｎａ）
Abstract:　Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｉｔａｎｉｕｍ　ｓｐｏｎｇｅ，ＧＢ／Ｔ２５２４－２００２　ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ　６　ｔｅｓｔ　ｉｎｇｏｔ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌｅｖｅｌｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｆｏｒ　ｂｒｉｎｅｌｌ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌｅｖｅｌｓ　ｏｆ　ｂｒｉｎｅｌｌ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｖａｌｕｅ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｃａｕｓｅｓ；Ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｔｉｔａｎｉｕｍ　ｓｐｏｎｇｅ　ｓｕｐｅｒ　ｂｒｉｎｅｌｌ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｒａｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｏｐｏｓａｌ．
Keywords:　ｔｉｔａｎｉｕｍ　ｓｐｏｎｇｅ；　Ｓｕｐｅｒ；　Ｂｒｉｎｅｌｌ　ｈａｒｄｎｅｓｓ；
海绵钛是生产钛材与钛合金的中间产品,其生产工艺流程复杂,技术难度大,目前仅有中国、俄罗斯、美国、日本等少数几个国家具有生产能力。

随着我国经济的快速发展及海绵钛的应用领域日益扩展，海绵钛的用量日益增加，海绵钛特级品的质量显得尤为重要，海绵钛用户对此也提出了较高的要求。

目前，世界上主要产钛国家的海绵钛标准都将布氏硬度值作为确定海绵钛质量优劣的重要指标[1]。

而在海绵钛布氏硬度测量试验中经过反复测试却发现同一批产品其不同层面的硬度值之间差值很大，尤其是特级品0A级到2级之间的硬度值，差值最大的横跨3级，这对依据现行标准对海绵钛级别准确的判定带来了很大的难度。

1 试验步骤
A压头的选取:选用压头直径为10mm的硬质合金球，试验力为14700N，保载时间30S，采用自动加载方式进行布氏硬度试验。

B试锭的选取：选用符合GB/T2524-2010标准的ABCDEF6个试锭，按1/2R,2/3R菱形排列方式，测得同一试锭上表面四个点的布氏硬度值，取其平均值作为该钛锭的平均布氏硬度值。

C测量的方式：第一层选择按标准去除氧化层的试锭上表面，按标准要求测出四点；然后将压痕完全去除再测其第二层表面的四点；接着将第二层的全部压痕完全去除测其第三层的四点；最后从底部去除下表面氧化层，在其底部表面测量四点作为第四层。

d试验结果：6个试锭经过测量后得到以下数据，见表1至表6。

表1 A试锭不同层面硬度值表
层面HB HB HB HB HB平均
第一层面10510010299.8102
第二层面99.895.797.997.597.7
第三层面10110098.8101100下表面92.994.793.796.194.4
表2 B试锭不同层面硬度值表
层面HB HB HB HB HB平均
第一层面104106105101104
第二层面98.210098.699.899.1
第三层面103101104102102下表面102106106104104
表3 C试锭不同层面硬度值表
层面HB HB HB HB HB平均
第一层面109110108111110
第二层面11511611611911
第三层面106108104104106下表面108109102106106
表4 D试锭不同层面硬度值表
层面HB HB HB HB HB平均
第一层面120117118115118
第二层面120128*********
第三层面122121115118119下表面123123126124124
收稿日期：２０１６－０９
作者简介：苏丽凤，生于１９７６年，女，河南人，本科，工程师，研究方向：
材料的物理性能。

2016年 10月上 世界有色金属43
表5 E试锭不同层面硬度值表
层面HB HB HB HB HB平均
第一层面105109106106106
第二层面113115112113113
第三层面110106109106108
下表面107108109108108
表6 F试锭不同层面硬度值表
层面HB HB HB HB HB平均
第一层面106107109103106
第二层面10597.399.697.799.0
第三层面111112115112112
下表面100101101103101
2 试验分析
（1）、从试验结果可以看出海绵钛同一批产品中不同层面所得到的布氏硬度值是有很大差异的。

根据资料介绍综合指标HB（布氏硬度）与Fe，O，N杂质元素的关系为：HB=356.82O %+117.30Fe %+194.83 N %+79.20[1]，而海绵钛中的主要杂质元素在海绵钛坨中的分布多数是不均匀的，其中Fe含量在海绵钛坨中心部分最低，其次是上部，越接近器壁和底部含量越高，而底皮和边皮是含铁量最高的部位。

O、N在钛坨底部、边皮含量较高，C 、Si在海绵钛坨中是均匀分布的，在贴壁的边皮和底皮中含量略高，氯在海绵钛边皮和钛坨帽部最高，海绵钛坨中间部分质量最好，钛坨外层部分杂质含量较高。

生产实践中C，Si在海绵钛中含量非常低且稳定，可以排除其对布氏硬度的影响；Cl经过水解对海绵钛起间接影响，因此，Fe,O,N在海绵钛中的含量对综合指标HB的影响最大。

实践证明，海绵钛的品级与综合指标HB有着密切的关系，而主要杂质元素Fe,O,N,又直接影响综合指标HB的高低。

可见在海绵钛铸锭中，杂质元素的不均匀分布将会导致整个铸锭布氏硬度数据的分散；针对这种情况，海绵钛特级品的评级问题将显得尤为重要。

（2）、统计6个试锭不同层面的平均硬度值得到以下数据，见表7。

表7 6个试锭不同层面硬度平均值表层面HB1HB2HB3HB4HB总HB最大-最小试锭 A10297.710094.498.57.6
试锭B10499.1102104102 4.9
试锭C11011610610611010
试锭D1181231191241216
试锭E1061131081081098
试锭F10699.011210110513
表8 海绵钛的化学成分及布氏硬度值
产品等级产品牌号Ti Fe Si cl C N O Mn Mg H 0A级MHT-9599.80.030.010.060.010.010.050.010.010.003 0级MHT-10099.70.050.020.060.020.010.060.010.020.003 1级MHT-11099.60.080.020.080.020.020.080.010.030.005 2级MHT-12599.50.120.030.100.030.030.100.020.040.005 3级MHT-14099.30.200.030.150.030.040.150.020.060.010 4级MHT-16099.10.300.040.150.040.050.200.030.090.012 5级MHT-20098.50.400.060.300.050.100.300.080.0150.030
由GB/T2524-2010海绵钛的标准中可查到产品等级和布氏硬度值之间的关系，见表8。

根据评级标准可将6个试锭不同层面的海绵钛进行评级，见表9。

表9 试锭不同层面级别表
产品等级第一层面第二层面第三层面下表面平均值试锭 A1级0级1级0级0级
试锭B1级0级1级1级1级
试锭C1级2级1级1级1级
试锭D2级2级2级2级2级
试锭E1级2级1级1级1级
试锭F1级0级2级1级1级
由表7可见6个试锭四个层面的平均硬度值差值最大的达到13，最小的也有4.9；由表8可见海绵钛的评级标准中，OA级到2级特级品中的HB（布氏硬度）差值相当小，OA 级到O级差值为仅5,；O级到1级差值为10；1级到2级差值为15。

而从表9可以清楚的看到所选6个试锭中所测到的同一批海绵钛产品中有4个试锭的四个层面的硬度值跨越了两级，有1个试锭甚至跨越了三级，而仅有1个试锭硬度值相对稳定。

3 试验讨论
目前，世界上主要产钛国家的海绵钛标准都将布氏硬度值作为确定海绵钛质量优劣的重要指标；可见海绵钛的质量显得尤为重要，海绵钛用户对此也提出了较高的要求。

对于文中所测试锭F，如果单一选择任意层面的布氏硬度值，那么同一批试锭则可能出现0级、1级、2级 三种状况，这样将会增加海绵钛特级品评定的不确定性；如果选择三个或者四个层面的平均布氏硬度值，那么结果只会出现唯一，而这个唯一将会最具有代表性，最接近海绵钛的真值，也是整个海绵钛试锭最合理的判定，最能满足海绵钛用户的高要求。

4 结语
建议在海绵钛特级品的布氏硬度测量中，对同一批符合标准要求的海绵钛试锭应进行任意三个层面以上的测量，然
后取其算术平均值来做为最终的布氏硬度值。

[1] 莫畏，邓国珠，罗方承，钛冶金（第二版）[M]，北京：冶金工业出版社，
1998:324.
世界有色金属 2016年 10月上44。