硬度:是指金属表面抵抗其它更硬物体压入的能力。按照测量方法的不同,可分为布氏硬度/洛氏硬度/维氏硬度/肖氏硬度等。 一、 布氏硬度HB 布氏硬度是用一定的负荷(一般为3000kg),把一定硬度的淬硬钢球(常用10、5、2.5毫米)压入材料表面,然后用所加的负荷除以材料上球印的表面积,所得结果就是布氏硬度值,单位是公斤/平方毫米,但习惯上不予标注。按照GB231-84<金属布氏硬度试验方法>,用淬火钢球所测出的硬度用HBS表示;用硬质合金球为压头所测出的硬度值为HBW.HBS适用于测量退火/正火/调质钢及铸铁/有色金属及硬度小于450HBS的较软材料;HBW适用于测量硬度在450~650HBW之间的淬火材料. 1、优点:由于被测金属压坑面积较大,所以结果比较准确。同时实践证明HB与不淬火钢抗拉强度σb有一定的近似关系,对于低碳钢σb=3.53HB,中碳钢σb=3.5HB,高碳钢σb=3.33HB,灰铸铁σb=0.98HB,(σb单位为Mpa)因此根据材料的布氏硬度值,可以近似地确定金属材料的抗拉强度。 2、缺点:不适合测量HB大于450的材料,因为材料的硬度太高容易引起钢球变形,使得测量结果不准确。同时由于压印较大,不适合测定成品和薄板材料。 二、洛氏硬度HR 洛氏硬度是用120度圆锥形金刚石压入器或直径为1.59毫米的淬硬钢球作为压头,在一定的负荷的作用下压入材料的表面上,用压入的深度来计算材料硬度的大小。洛氏硬度没有单位。根据所采用的负荷不同,洛氏硬度又分为三种 1、HRA测量硬度很高或硬而薄的HB大于700的金属,如硬质合金表面处理工件等,负荷为60公斤及120o金钢锥); 2、HRB测量较软的退火件及铜、铝及HB=60~230的金属,负荷为100公斤及ф1.588mm钢球; 3、HRC一般用于测量HB=230~700的调质钢或淬火回火后的工件,负荷为150公斤及120o金钢锥; 优点:使用方法简便,可以直接从刻度盘上直接读出数值。由于压印较小,适合测定成品和薄板材料。 缺点:由于压印小,所以不准确,一般多测几点,然后取平均值。 以上三种洛氏硬度中一HRC应用最多,一般经淬火处理的钢材均用它。 洛氏硬度HRC与布氏硬度HBS之间的关系约为高硬度时 HRC1/10HB; 三、 维氏硬度HV和显微硬度 测定维氏硬度的原理基本与布氏硬度相同,区别在于压头采用锥面夹角为136度的金刚石正四棱锥体,单位是公斤/平方毫米,一般不予标出。 维氏法所用载荷较小。压痕浅,适用于测量零件薄的表面硬化层、金属镀层及薄片金属的硬度,这是布氏和洛氏所不及的。此外,因压头是金刚石角锥,载荷可调范围大,故对软硬材料均适用,测定范围0~1000HV。 较新的国家标准为GB/T4340.1-1999《金属维氏硬度试验第一部分:试验方法》 用布氏、洛氏、维氏的硬度试验法,载荷大、压痕面积大,只能得到金属材料组织混合物的平均硬度值,当需要测定某个相或某个晶粒硬度时,就要用到显微硬度。 显微硬度试验法的原理与维氏相同,也是以载荷与压痕表面积之比来确定。不同的是所采用的载荷极小,一般在1~120gf(1gf=0.0098N),显微硬度值也可用HV来表示。 四、肖氏硬度HS 肖氏硬度试验是动态力试验中最简单的试验方法。试验时,使一定重量的标准冲头(底端镶有金刚石圆柱体)或钢球从一定高度自由落于试样表面,然后由于试样的弹性变形,又使其回跳到一定高度,可用落下的高度与回跳的高度的比值来计算肖氏硬度值HS。它取决于材料的弹性性质。因此又被称为弹性回跳硬度。
B. 材料常用的硬度试验方法有几种
材料的硬度测试大致有三类方法:
1、压入法,主要有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。
2、回跳式,主要有肖氏硬度、理氏硬度。
3、刻划法,如莫氏硬度。
上述硬度测试方法的适用范围大致为:
1、布氏硬度通常用于测定铸铁、非铁金属、低合金结构钢及结构钢调质件等。
2、洛氏硬度理论上可用于各种材料硬度的测试,但因用不同的硬度等级测得的硬度值无法比较,故常用于淬火钢的硬度测试。
3、维氏硬度常用于表面淬火时石硬化层深度和化学热处理(如渗氮)件表面硬度测试。
4、肖氏硬度和理氏硬度常用于测试经精加工零件的表面硬度,如机床淬火导轨等。
5、莫氏硬度是一种划痕硬度,主要用于无机非金属材料,特别是矿物的硬度测试。
C. 钢材硬度的测定
其中常用于钢材硬度试验的标尺一般为A、B、C,即HRA、HRB、HRC。 硬度值用下式计算: 当用A和C标尺试验时,HR=100-e 当用B标尺试验时,HR=130-e 式中e--残余压痕深度增量,其什系以规定单位0.002mm表示,即当压头轴向位移一个单位(0.002mm)时,即相当于洛氏硬度变化一个数。e值愈大,金属的硬度愈低,反之则硬度愈高。 上述三个标尺适用范围如下: HRA(金刚石圆锥压头)20-88 HRC(金刚石圆锥压头)20-70 HRB(直径1.588mm钢球压头)20-100 洛氏硬度试验是目前应用很广的方法,其中HRC在钢管标准中使用仅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可适用于测定由极软到极硬的金属材料,它弥补了布氏法的不是,较布氏法简便,可直接从硬度机的表盘读出硬度值。但是,由于其压痕小,故硬度值不如布氏法准确。 C、维氏硬度(HV) 维氏硬度试验也是一种压痕试验方法,是将一个相对面夹角为1360的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力(F)压入试验表面,经规定保持时间后卸除试验力,测量压痕两对角线长度。 维氏硬度值是试验力除以压痕表面积所得之商,其计算公式为: 式中:HV--维氏硬度符号,N/mm2(MPa); F--试验力,N; d--压痕两对角线的算术平均值,mm。 维氏硬度采用的试验力F为5(49.03)、10(98.07)、20(196.1)、30(294.2)、50(490.3)、100(980.7)Kgf(N)等六级,可测硬度值范围为5~1000HV。 表示方法举例:640HV30/20表示用30Hgf(294.2N)试验力保持20S(秒)测定的维氏硬度值为640N/mm2(MPa)。 维氏硬度法可用于测定很薄的金属材料和表面层硬度。它具有布氏、洛氏法的主要优点,而克服了它们的基本缺点,但不如洛氏法简便。维氏法在钢管标准中很少用。 HB是用一定的力将一定直径(2.5、5、10)的钢球压向被测材料的表面,然后测量被测材料表面钢球压痕的直径以判断材料的硬度。 材料的原始状态和钢材的退火、正火或调质常用HB。 HR有A、B 、C3三种。
其中常用于钢材硬度试验的标尺一般为A、B、C,即HRA、HRB、HRC。 硬度值用下式计算: 当用A和C标尺试验时,HR=100-e 当用B标尺试验时,HR=130-e 式中e--残余压痕深度增量,其什系以规定单位0.002mm表示,即当压头轴向位移一个单位(0.002mm)时,即相当于洛氏硬度变化一个数。e值愈大,金属的硬度愈低,反之则硬度愈高。 上述三个标尺适用范围如下: HRA(金刚石圆锥压头)20-88 HRC(金刚石圆锥压头)20-70 HRB(直径1.588mm钢球压头)20-100 洛氏硬度试验是目前应用很广的方法,其中HRC在钢管标准中使用仅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可适用于测定由极软到极硬的金属材料,它弥补了布氏法的不是,较布氏法简便,可直接从硬度机的表盘读出硬度值。但是,由于其压痕小,故硬度值不如布氏法准确。 C、维氏硬度(HV) 维氏硬度试验也是一种压痕试验方法,是将一个相对面夹角为1360的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力(F)压入试验表面,经规定保持时间后卸除试验力,测量压痕两对角线长度。 维氏硬度值是试验力除以压痕表面积所得之商,其计算公式为: 式中:HV--维氏硬度符号,N/mm2(MPa); F--试验力,N; d--压痕两对角线的算术平均值,mm。 维氏硬度采用的试验力F为5(49.03)、10(98.07)、20(196.1)、30(294.2)、50(490.3)、100(980.7)Kgf(N)等六级,可测硬度值范围为5~1000HV。 表示方法举例:640HV30/20表示用30Hgf(294.2N)试验力保持20S(秒)测定的维氏硬度值为640N/mm2(MPa)。 维氏硬度法可用于测定很薄的金属材料和表面层硬度。它具有布氏、洛氏法的主要优点,而克服了它们的基本缺点,但不如洛氏法简便。维氏法在钢管标准中很少用。 HB是用一定的力将一定直径(2.5、5、10)的钢球压向被测材料的表面,然后测量被测材料表面钢球压痕的直径以判断材料的硬度。 材料的原始状态和钢材的退火、正火或调质常用HB。 HR有A、B 、C3三种。
其中常用于钢材硬度试验的标尺一般为A、B、C,即HRA、HRB、HRC。 硬度值用下式计算: 当用A和C标尺试验时,HR=100-e 当用B标尺试验时,HR=130-e 式中e--残余压痕深度增量,其什系以规定单位0.002mm表示,即当压头轴向位移一个单位(0.002mm)时,即相当于洛氏硬度变化一个数。e值愈大,金属的硬度愈低,反之则硬度愈高。 上述三个标尺适用范围如下: HRA(金刚石圆锥压头)20-88 HRC(金刚石圆锥压头)20-70 HRB(直径1.588mm钢球压头)20-100 洛氏硬度试验是目前应用很广的方法,其中HRC在钢管标准中使用仅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可适用于测定由极软到极硬的金属材料,它弥补了布氏法的不是,较布氏法简便,可直接从硬度机的表盘读出硬度值。但是,由于其压痕小,故硬度值不如布氏法准确。 C、维氏硬度(HV) 维氏硬度试验也是一种压痕试验方法,是将一个相对面夹角为1360的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力(F)压入试验表面,经规定保持时间后卸除试验力,测量压痕两对角线长度。 维氏硬度值是试验力除以压痕表面积所得之商,其计算公式为: 式中:HV--维氏硬度符号,N/mm2(MPa); F--试验力,N; d--压痕两对角线的算术平均值,mm。 维氏硬度采用的试验力F为5(49.03)、10(98.07)、20(196.1)、30(294.2)、50(490.3)、100(980.7)Kgf(N)等六级,可测硬度值范围为5~1000HV。 表示方法举例:640HV30/20表示用30Hgf(294.2N)试验力保持20S(秒)测定的维氏硬度值为640N/mm2(MPa)。 维氏硬度法可用于测定很薄的金属材料和表面层硬度。它具有布氏、洛氏法的主要优点,而克服了它们的基本缺点,但不如洛氏法简便。维氏法在钢管标准中很少用。 HB是用一定的力将一定直径(2.5、5、10)的钢球压向被测材料的表面,然后测量被测材料表面钢球压痕的直径以判断材料的硬度。 材料的原始状态和钢材的退火、正火或调质常用HB。 HR有A、B 、C3三种。