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硬度的硬度分类

发布时间:2019-09-18 18:25 来源:未知 编辑:admin

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  这种硬度测定法是美国的S.P.洛克韦尔于1919年提出的,它基本上克服了布氏测定法的上述不足。洛氏硬度所采用的压头是锥角为120°的金刚石圆锥或直径为1/16英寸(1英寸等于25.4毫米)的钢球,并用压痕深度作为标定硬度值的依据。测量时,总载荷分初载荷和主载荷(总载荷减去初载荷)两次施加,初载荷一般选用10千克力,加至总载荷后卸去主载荷,并以这时的压痕深度来衡量材料的硬度。洛氏硬度记为HR,所测数值写在HB后,洛氏硬度值计算公式为:

  式中h表示塑性变形压痕深度(毫米);k是规定的常量;分母中的0.002(毫米)是每洛氏硬度单位对应的压痕深度。对应于金刚石圆锥压头的k=0.20(毫米),对应于钢球压头的k=0.26(毫米)。

  为了适应极宽阔的测量范围,可采用改变载荷和更换压头两种办法。不同的载荷和压头组成不同的洛氏硬度标尺,常用的标尺有A、B、C三种。标尺B用于中等硬度的金属材料,如退火的低碳钢和中碳钢、黄铜、青铜和硬铝合金;压头为直径1/16英寸的钢球;载荷为100千克力。其标尺范围是由HRB0到HRB100,硬度高于HRB100时钢球可能被压扁。标尺C用于硬度高于HRB100的材料,如淬火钢、各种淬火和回火合金钢。压头为顶角120°的金刚石圆锥;载荷为150千克力。标尺C的使用范围是从HRC20到HRC70,标尺B和C是洛氏硬度的标准标尺。标尺A用于钨、硬质合金及其他硬材料,还用于淬硬的薄钢带。由于大载荷容易损坏金刚石压头,所以载荷改为60千克力。标尺A是所有洛氏硬度标尺中唯一能在退火黄铜直到硬质合金这样广阔的硬度范围内使用的标尺。

  洛氏硬度试验采用三种试验力,三种压头,它们共有9种组合,对应于洛氏硬度的9个标尺。这9个标尺的应用涵盖了几乎所有常用的金属材料。最常用标尺是HRC、HRB和HRF,其中HRC标尺用于测试淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢。这是金属加工行业应用最多的硬度试验方法。HRB标尺用于测试各种退火钢、正火钢、软钢、部分不锈钢及较硬的铜合金。HRF标尺用于测试纯铜、较软的铜合金和硬铝合金。HRA标尺尽管也可用于大多数黑色金属,但是实际应用上一般只限于测试硬质合金和薄硬钢带材料。

  表面洛氏硬度试验采用三种试验力,两种压头,它们有6种组合,对应于表面洛氏硬度的6个标尺。表面洛氏硬度试验是对洛氏硬度试验的一种补充,在采用洛氏硬度试验时,当遇到材料较薄,试样较小,表面硬化层较浅或测试表面镀覆层时,就应改用表面洛氏硬度试验。这时采用与洛氏硬度试验相同的压头,采用只有洛氏硬度试验几分之一大小的试验力,就可以在上述试样上得到有效的硬度试验结果。表面洛氏硬度的N标尺适用于类似洛氏硬度的HRC、HRA和HRD测试的材料;T标尺适用于类似洛氏硬度的HRB、HRF和HRG测试的材料。

  HRC标尺的使用范围是20~70HRC,当硬度值小于20HRC时,因为压头的圆锥部分压入太多,灵敏度下降,这时应改用HRB标尺。尽管HRC标尺被规定的上限值为70HRC,但是当试样硬度大于67HRC时,压头尖端承受的压力过大,金刚石容易损坏,压头寿命会大大缩短,因此一般应改用HRA标尺。

  HRA标尺的使用范围是20-88HRA,由美国标准ASTME140可以获得以下换算关系:

  可见,HRA标尺的测试范围涵盖了从软钢(HRB)、硬钢(HRC)到硬质合金的硬度范围。然而,事实上HRA标尺很少用于测试软钢,主要用于测试薄硬钢板、深层渗碳钢和硬质合金。在硬质合金方面,由于技术进步,有些材料硬度已达到93-94HRA,这已超出标准规定。工程上超出HRA高端的测量范围已成为惯例。HRA标尺有一个特殊用途。在使用洛氏硬度计测试钢试样时,如果不知试样是软钢还是硬钢,可先用HRA标尺试测一下,当硬度值小于60HRA时可改用HRB标尺,当硬度值大于60HRA时可改用HRC标尺。

  HRB标尺的使用范围是20~100HRB,当硬度值低于20HRB时,由于钢球的压入深度过大,金属蠕变加剧,试样在试验力作用下的变形时间延长,测试值准确度降低,此时应改用HRF标尺。当硬度值大于100HRB时,因为钢球压入深度过浅,灵敏度降低,精度下降,此时应改用HRC标尺。在使用HRB标尺测试钢试样时,一个特别值得注意的地方是:当预先不知道试样是软钢还是硬钢时,决不可使用HRB标尺做测试,因为用钢球压头误测了淬火钢,钢球就可能会变形,钢球压头就会损坏,这是钢球压头损坏的主要原因。遇到这种情况时应先用金刚石压头,用HRA标尺测试一下,再决定是用HRB还是用HRC。

  HRF标尺的使用范围是60~100HRF。HRF标尺是国外使用较多的一个标尺,它是测试纯铜和较软的铜合金材料很好的检测手段。但是在我国,也存在标准硬度块短缺的问题,它的应用也受到了限制。

  HRG标尺适用于HRB值接近100的材料,对于铍青铜、磷青铜、可锻铸铁这些硬度范围介于HRB标尺的高端和HRC标尺低端的材料,如果改用HRG标尺,就可以大大改善测试的灵敏度,提高测试精度。

  4.洛氏硬度计C标尺之压头为顶角120度的金刚石圆锥,试验载荷为一确定值,中国标准是150公斤力。

  布氏硬度计之压头为淬硬钢球(HBS)或硬质合金球(HBW),试验载荷随球直径不同而不同,从3000到31.25公斤力。

  5.洛氏硬度压痕很小,测量值有局部性,须测数点求平均值,适用成品和薄片,归于无损检测一类。

  6.洛氏硬度的硬度值是一无名数,没有单位。(因此习惯称洛氏硬度为多少度是不正确的。)

  7.洛氏硬度直接在表盘上显示、也可以数字显示,操作方便,快捷直观,适用于大量生产中。

  8.在一定条件下,HB与HRC可以查表互换。其心算公式可大概记为:1HRC≈10HB。 布氏硬度是瑞典工程师J.A.布里涅耳于1900年提出的。它在工程技术特别是机械和冶金工业中广泛使用。布氏硬度的测量方法是用规定大小的载荷P,把直径为D的钢球压入被测材料表面,持续规定的时间后卸载,用载荷值(千克力,1千克力等于9.80665牛顿)和压痕面积(平方毫米)之比定义硬度值。布氏硬度HB的计算式为:

  1908年德国的E.迈耶尔指出,若要使不同直径的钢球在同一材料上测得同样的硬度,就需要改变载荷值,使压痕保持几何相似,相似条件为:

  若D=10毫米,P=3000千克力,载荷持续时间10秒,则硬度数可直接写在布氏硬度符号后面,例如HB250。若是其他测定条件,则应将条件用小号字写在布氏硬度符号后面,例如,HB5/250/30100表示在D=5毫米、P=250千克力、载荷持续时间为30秒的条件下测得布氏硬度数为100。布氏硬度测定法只能在硬度不高于HB450的情况下使用。因为太硬的材料会使钢球明显变形。布氏硬度测定法比较费时。为了在测定时得到清晰的压痕,试样必须经过表面准备和打磨等处理。在制作完毕的机械零件上作布氏硬度测定,会由于压痕过大影响零件的正常装配和使用性能。因此布氏硬度测定法不适于检测大批量生产的零件。

  布氏硬度(HB)一般用于材料较软的时候,如有色金属、热处理之前或退火后的钢铁。洛氏硬度(HRC)一般用于硬度较高的材料,如热处理后的硬度等等。

  布氏硬度(HB)是以一定大小的试验载荷,将一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压入被测金属表面,保持规定时间,然后卸荷,测量被测表面压痕直径。布氏硬度值是载荷除以压痕球形表面积所得的商。一般为:以一定的载荷将一定大小的淬硬钢球压入材料表面,保持一段时间,去载后,负荷与其压痕面积之比值,即为布氏硬度值(HB),单位为公斤力/mm2(N/mm2)。

  150HBW10/1000/30表示压头直径为10mm的硬质合金球,在1000kgf试验力的作用下,保持30s时测得的布氏硬度值为150 维氏硬度试验方法是英国史密斯(R.L.Smith)和塞德兰德(C.E.Sandland)于1925年提出的。英国的维克斯—阿姆斯特朗(Vickers-Armstrong)公司试制了第一台以此方法进行试验的硬度计。和布氏、洛氏硬度试验相比,维氏硬度试验测量范围较宽,从较软材料到超硬材料,几乎涵盖各种材料。

  维氏硬度的测定原理基本上和布氏硬度相同,也是根据压痕单位面积上的载荷来计算硬度值。所不同的是维氏硬度试验的压头是金刚石的正四棱锥体。试验时,在一定载荷的作用下,试样表面上压出一个四方锥形的压痕,测量压痕对角线长度,除以计算压痕的表面积,载荷除以表面积的数值就是试样的硬度值,用符号HV表示。主要用于确定钢的表面渗氮硬化程度。维氏硬度测量法所用的压头是金刚石正四棱锥(图1),它的两相对面间的夹角为136°,载荷有5、10,20、30、50、100千克力等几种,用压出的四棱锥压痕表面积除载荷所得的值作为维氏硬度值,记为HV,即

  式中P为载荷;S为压痕对角线长度(毫米);为四棱锥压头两相对面间夹角,=136°。

  用于测定上述硬度的仪器以英国维克斯-阿姆斯特朗公司制造的应用较广,故得名为维氏硬度。 主要用于确定很薄的材料、细金属丝、小型精密零件(如钟表和仪表零件)的硬度,测定淬硬表面的硬度变化率,研究小面积内硬度的变化以及在金相学中研究金属中不同相体的硬度等。测量方法与维氏硬度基本相同,但载荷很小,以克力计数;压痕的特征尺寸也很小,需要用读数显微镜测出,故得名。1939年,英国国家标准局决定采用F.努普、C.G.彼得斯和W.B.埃默森提出的菱形金刚石四棱锥压头(称为努普压头,见图2)。其压痕长对角线,故在压痕较浅的情况下也能较精确地测出长对角线的长度。用努普压头测定的显微硬度数又称努普硬度数。在显微硬度测定中也允许使用普通的136°金刚石正四棱锥压头 。

  式中P以千克力为单位;L表示菱形压痕的长对角线长度(毫米);CP是一个常数,其值与L和压痕投影面积之比有关。若用136°正四棱锥压头,则

  式中P为载荷,常用的载荷有2、5、10、50、100、200克力等几种;S为正方形压痕的对角线长度,以微米为单位,由显微硬度计上的读数显微镜测出。 里氏硬度是以HL表示,里氏硬度测试技术是由瑞士狄尔马,里伯博士发明的,它是用一定质量的装有碳化钨球头的冲击体,在一定力的作用下冲击试件表面,然后反弹。由于材料硬度不同,撞击后的反弹速度也不同。在冲击装置上安装有永磁材料,当冲击体上下运动时,其外围线圈便感应出与速度成正比的电磁信号,再通过电子线路转换成里氏硬度值。

  640HV 也称回跳硬度,简称HS。表示材料硬度的一种标准。由英国人肖尔(AlbertF.Shore)于1906年研究淬火钢的硬度测定法时提出的。

  肖氏硬度测定法的测量原理是:用重量为1/12盎司力(1盎司力等于0.2780牛顿)的带有金刚石圆头或钢球的小锤,从10英寸的高度自由落下,使小锤以一定的动能冲击试样表面。小锤的部分动能转变成试样表面塑性变形功而被消耗;另一部分转变为弹性应变能被试样储藏。试样弹性变形恢复时释放出能量,使小锤回跳一定高度。被测物越硬则弹性极限越高,储藏的弹性应变能越多,小锤回跳得越高。回跳硬度的符号是HS,它以小锤回跳高度进行分度。回跳硬度数只能在弹性模量相同的材料之间进行比较,否则就会得出橡皮比钢更硬的结论。压入硬度的测量属于静力测定法,而回跳硬度的测量则属于动力测定法。 一定形状的硬钢压针,在标准弹簧试验力作用下压入试样表面,用压针的压入深度确定材料硬度,定义0.01mm的压入深度为一个韦氏硬度单位。韦氏硬度单位表示为HW。

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