洛氏 布氏 維氏 里氏硬度測(cè)定的原理和方法

1、 洛氏 布氏 維氏 里氏硬度測(cè)定的原理和方法 一、洛氏硬度計(jì)洛氏硬度是以頂角為120的金剛石圓錐體或直徑為1.588的淬火鋼球作壓頭，以規(guī)定的試驗(yàn)力使其壓入試樣表面。試驗(yàn)時(shí)，先加初試驗(yàn)力，然后加主試驗(yàn)力。壓入試樣表面之后卸除主試驗(yàn)力，在保留初試驗(yàn)力的情況下，根據(jù)試樣表面壓痕深度，確定被測(cè)金屬材料的洛氏硬度值。 洛氏硬度值由h的大小確定，壓入深度h越大，硬度越低；反之，則硬度越高。一般說(shuō)來(lái)，按照人們習(xí)慣上的概念，數(shù)值越大，硬度越高。因此采用一個(gè)常數(shù)c減去h來(lái)表示硬度的高低。并用每0.002的壓痕深度為一個(gè)硬度單位。由此獲得的硬度值稱為洛氏硬度值，用符號(hào)HR表示。 由此獲得的洛氏硬度值HR為一無(wú)名

2、數(shù)，試驗(yàn)時(shí)一般由試驗(yàn)機(jī)指示器上直接讀出。 洛氏硬度的三種標(biāo)尺中，以HRC應(yīng)用最多，一般經(jīng)淬火處理的鋼或工具都采用HRC測(cè)量。在中等硬度情況下，洛氏硬度HRC與布氏硬度HBS之間關(guān)系約為1：10，如40HRC相當(dāng)于400HBS。如50HRC，表示用HRC標(biāo)尺測(cè)定的洛氏硬度值為50。硬度值應(yīng)在有效測(cè)量范圍內(nèi)（HRC為2070）為有效。洛式硬度是以壓痕塑性變形深度來(lái)確定硬度值指標(biāo)。以0.002毫米作為一個(gè)硬度單位。當(dāng)HB450或者試樣過(guò)小時(shí)，不能采用布氏硬度試驗(yàn)而改用洛氏硬度計(jì)量。它是用一個(gè)頂角120的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測(cè)材料表面，由壓痕的深度求出材

3、料的硬度。根據(jù)試驗(yàn)材料硬度的不同，分三種不同的標(biāo)度來(lái)表示：HRA：是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料(如硬質(zhì)合金等)。HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。另外：1.HRC含意是洛式硬度C標(biāo)尺，2.HRC和HB在生產(chǎn)中的應(yīng)用都很廣泛3.HRC適用范圍HRC 2067，相當(dāng)于HB225650若硬度高于此范圍則用洛式硬度A標(biāo)尺HRA。若硬度低于此范圍則用洛式硬度B標(biāo)尺HRB。布式硬度上限值HB650,不能高于此值

4、。適用范圍：應(yīng)用于硬度極高的材料應(yīng)用于較軟的材料，例如退火后的硬度測(cè)試應(yīng)用于硬度很高的材料。洛氏硬度標(biāo)尺技術(shù)條件洛氏硬度標(biāo)尺硬度符號(hào)壓頭類型初試驗(yàn)力F0（N）主試驗(yàn)力F1（N）總試驗(yàn)力F0+ F1（N）適用范圍AHRA120金剛石圓錐98.07490.3588.42088HRABHRB1.5875mm鋼球98.07882.6980.720100HRBCHRC120金剛石圓錐98.07137314712070HRCDHRD120金剛石圓錐98.07882.6980.74077HRDEHRE3.175mm鋼球98.07882.6980.770100HREFHRF1.5875mm鋼球98.07490

5、.3588.460100HRFGHRG1.5875mm鋼球98.07137314713094HRGHHRH3.175mm鋼球98.07490.3588.480100HRHKHRK3.175mm鋼球98.071373147140100HRK表面洛氏硬度標(biāo)尺技術(shù)條件表面洛氏硬度標(biāo)尺硬度符號(hào)壓頭類型初試驗(yàn)力F0（N）主試驗(yàn)力F1（N）總試驗(yàn)力F0+ F1（N）適用范圍15NHR15N120金剛石圓錐29.42117.7147.17094HR15N30NHR30N264.8294.24286HR30N45NHR45N411.9441.32077HR45N15THR15T1.5875mm鋼球29.421

6、17.7147.16793HR15T30THR30T264.8294.22982HR30T45THR45T411.9441.31072HR45T二、布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì)原理用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的試驗(yàn)力壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面的壓痕直徑。布氏硬度值是以試驗(yàn)力除以壓痕球形表面積所得的商。以HBS（鋼球）表示，單位為N/mm2(MPa)。測(cè)定布氏硬度較準(zhǔn)確可靠，但一般HBS只適用于450N/mm2（MPa）以下的金屬材料，對(duì)于較硬的鋼或較薄的板材不適用。在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中，布氏硬度用途最廣，往往以壓痕直徑d來(lái)表示該材料的硬度，既直觀，又方便。布氏硬度計(jì)的特點(diǎn)：

7、布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是其硬度代表性好，由于通常采用的是10 mm直徑球壓頭，3000kg試驗(yàn)力，其壓痕面積較大，能反映較大范圍內(nèi)金屬各組成相綜合影響的平均值，而不受個(gè)別組成相及微小不均勻度的影響，因此特別適用于測(cè)定灰鑄鐵、軸承合金和具有粗大晶粒的金屬材料。它的試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，精度高于洛氏，低于維氏。此外布氏硬度值與抗拉強(qiáng)度值之間存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。布氏硬度試驗(yàn)的缺點(diǎn)是壓痕較大，成品檢驗(yàn)有困難，試驗(yàn)過(guò)程比洛氏硬度試驗(yàn)復(fù)雜，測(cè)量操作和壓痕測(cè)量都比較費(fèi)時(shí)，并且由于壓痕邊緣的凸起、凹陷或圓滑過(guò)渡都會(huì)使壓痕直徑的測(cè)量產(chǎn)生較大誤差，因此要求操作者具有熟練的試驗(yàn)技術(shù)和豐富經(jīng)驗(yàn)，一般要求由專門的實(shí)驗(yàn)員操

8、作。布氏硬度計(jì)的應(yīng)用布氏硬度計(jì)主要用于組織不均勻的鍛鋼和鑄鐵的硬度測(cè)試，鍛鋼和灰鑄鐵的布氏硬度與拉伸試驗(yàn)有著較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。布氏硬度試驗(yàn)還可用于有色金屬和軟鋼，采用小直徑球壓頭可以測(cè)量小尺寸和較薄材料。布氏硬度計(jì)多用于原材料和半成品的檢測(cè)，由于壓痕較大，一般不用于成品檢測(cè)。布氏硬度試驗(yàn)條件的選擇如同洛氏硬度試驗(yàn)關(guān)于標(biāo)尺的選擇一樣，布氏硬度試驗(yàn)也要遇到試驗(yàn)條件的選擇問(wèn)題，即試驗(yàn)力F和壓頭球直徑D的選擇。這種選擇不是任意的，而是要遵循一定的規(guī)則，并且要注意試驗(yàn)力和壓頭球直徑的合理搭配，應(yīng)用起來(lái)比洛氏硬度試驗(yàn)略顯復(fù)雜。布氏硬度試驗(yàn)最常用的試驗(yàn)條件是采用10mm直徑的球壓頭，3000kg試驗(yàn)力。這一條

9、件最能體現(xiàn)布氏硬度的特點(diǎn)。但是由于試樣材質(zhì)不同，硬度不同，試樣大小，薄厚也不同，一種試驗(yàn)力，一種壓頭自然不能滿足要求。在試驗(yàn)力和壓頭球直徑的選擇方面需要遵循的規(guī)則有2個(gè)。規(guī)則一：要使試驗(yàn)力和球壓頭直徑的平方之比為一個(gè)常數(shù)。即F/D2=F1/D12 = F2/D22 =K。這個(gè)規(guī)則來(lái)源于相似律。根據(jù)相似律，不同直徑的球壓頭D1、D2在不同的試驗(yàn)力F1、F2作用下壓入試樣表面，壓痕直徑d1、d2是不同的，但是只要壓入角相同，壓痕就具有相似性。這時(shí)試驗(yàn)力和壓頭球直徑的平方之比就是一個(gè)常數(shù)。在這種條件下，采用不同的試驗(yàn)力和不同直徑的球壓頭，在同一試樣上測(cè)得的硬度值是相同的，在不同的試樣上測(cè)得的硬度值是

10、可以相互比較的。試驗(yàn)力與壓頭球直徑平方之比在采用公斤力的舊標(biāo)準(zhǔn)中表示為F/D2，在采用牛頓力的新標(biāo)準(zhǔn)中表示為0.102 F/D2規(guī)則二：試驗(yàn)后要使壓痕直徑處于以下范圍：0.24D d 5250.052G型155150.55C型1.50.51.50.020.53、試樣厚度要求試樣應(yīng)有足夠的厚度，最小厚度應(yīng)符合如下要求：沖擊裝置類型試樣最小厚度(mm)D、DC型5G型10C型14、試樣具有表面硬化層，其硬化層深度應(yīng)符合如下要求：沖擊裝置類型表面硬化層深度D、DC型0.8C型0.25、對(duì)于凹、凸、圓柱面及球面試樣，其表面曲率半徑應(yīng)符合如下要求：沖擊裝置類型表面曲率半徑(mm)D、DC型30C型50對(duì)

11、于表面為曲面的試樣，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)闹苇h(huán)，以保證沖擊頭沖擊瞬間位置偏差在0.5mm之內(nèi)。6、試樣不應(yīng)帶有磁性。7、每個(gè)測(cè)量點(diǎn)間距應(yīng)大于34mm，不可在同一點(diǎn)上重復(fù)測(cè)試，否則會(huì)引起較大的誤差。同時(shí)會(huì)減短傳感器的使用壽命。七、影響測(cè)試精度的幾個(gè)問(wèn)題由于里氏硬度計(jì)是在動(dòng)態(tài)力作用下測(cè)定金屬硬度的，所以影響測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的因素比較多，故應(yīng)對(duì)這些因素如以一定的限制，主要包括:試驗(yàn)條件、試驗(yàn)對(duì)象、操作技術(shù)和數(shù)據(jù)處理等幾個(gè)關(guān)健環(huán)節(jié)，下面將就一些具體問(wèn)題探討一下：1、試件曲率對(duì)精度的影響，在現(xiàn)場(chǎng)工作中，經(jīng)常遇到曲面的試件，各種曲面對(duì)硬度測(cè)試結(jié)果的影響不同，在正確操作的情況下，沖擊體落在試件表面瞬間的位置與平面試件

12、相同，故通用支撐環(huán)即可。但當(dāng)曲率小到一定尺寸時(shí)，由于平面條件的變形和彈性狀態(tài)相差顯著，會(huì)使沖頭回彈速度偏低，從而使里氏硬度示值偏低。2、數(shù)據(jù)換算產(chǎn)生的誤差里氏硬度換算為其他硬度時(shí)的誤差包括兩個(gè)方面，一方面是里氏硬度本身測(cè)量誤差，這涉及到按同一方法重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的分散，和對(duì)于多臺(tái)同型號(hào)里氏硬度計(jì)的誤差；另一方面是比較不同硬度試驗(yàn)方法所測(cè)硬度產(chǎn)生的誤差，這是由于各種硬度方法之間不存在明確的物理關(guān)系，并受到相互比較中測(cè)量不可靠性影響的原因。本儀器的硬度換算是自動(dòng)完成的，故可用布氏、洛氏、維氏、肖氏硬度標(biāo)準(zhǔn)塊直接確定硬度儀的換算誤差。3、特殊材料引起為誤差存儲(chǔ)在硬度儀中的換算表對(duì)以下鋼種可能產(chǎn)生偏差：

13、（1）高合金鋼所有奧氏體鋼在高速鋼中，耐熱工具鋼和萊氏體鉻鋼(工具鋼類)硬質(zhì)材料(萊氏體碳化物，例如M7C3和M6C會(huì)引起彈性模量增加，從而使HL值偏低。這類鋼應(yīng)在橫截面上進(jìn)行測(cè)試。局部冷卻硬化，例如由于切割或不適當(dāng)?shù)脑嚇又苽湟矔?huì)引起HL值偏高。（2）磁性鋼在檢驗(yàn)磁性材料硬度時(shí)，由于磁場(chǎng)影響，會(huì)使HL值偏低，如磁場(chǎng)較強(qiáng)，建議不用此種測(cè)試方法。（3）表面硬化鋼表面產(chǎn)生硬化的材料，尤其是經(jīng)表面處理的鋼，由于基體軟，會(huì)使HL值偏低，當(dāng)硬化層大于0.8mm時(shí)(C型沖擊裝置為0.2mm)，則不影響HL值。（4）、對(duì)于特殊材料可用以下方法，自己建立對(duì)比關(guān)系。試驗(yàn)面必須仔細(xì)制備如不進(jìn)行耦合，選擇的試樣足寸盡可能大試樣硬度在硬度儀換算范圍內(nèi)用相應(yīng)測(cè)量范圍的硬度塊檢查靜態(tài)硬度計(jì)準(zhǔn)確性。在試樣上用