硬度測(cè)量原理

1、第二節(jié)硬度硬度是指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力，是衡量材料 軟硬的判據(jù)，是一個(gè)綜合的物理量。材料的硬度越高，耐磨性越好，故常將硬度值作為衡量材料耐磨性的重要指標(biāo)之0硬度的測(cè)定常用壓入法。把規(guī)定的壓頭壓入金屆材料表面層， 然后根據(jù)壓痕的面積或深度確定其硬度值。根據(jù)壓頭和壓力不同，常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度（HBS、HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和維氏硬度（HV）。一、布氏硬度圖1-3布氏礎(chǔ)度忒配原謹(jǐn)M1、試驗(yàn)原理用直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，以相應(yīng)的試驗(yàn)力F壓入試樣表面，保持規(guī)定的時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，在試樣表面留下球 形壓痕，如左圖所示。布氏硬度值用球面壓痕

2、單位面積上所承受的平均壓力表示。用淬火鋼球作壓頭時(shí)，布氏硬度用符號(hào)“ HBS”表示；用硬質(zhì)合金球作壓頭，布 氏硬度用符號(hào)“ HBW”表示。HBS （HBW ） = = 0.012 二 一刃即- JlP - d ?）HBS（HBW）:用鋼球（硬質(zhì)合金球）試驗(yàn)的布氏硬度值；F:試驗(yàn)力（N）;d:壓痕平均直徑（mm）；D：鋼球（硬質(zhì)合金球）直徑（mm）.布氏硬度的單位為N/mm2,但習(xí)慣上只寫(xiě)明硬度值而不標(biāo)出單位。2、選擇試驗(yàn)規(guī)范在進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)時(shí)，鋼球直徑D、施加的試驗(yàn)力F和試驗(yàn)力保持時(shí)間、 應(yīng)根 據(jù)被測(cè)試金屆的種類(lèi)和試樣厚度，按下表所示的布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范正確地進(jìn)行選 擇。布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范材料布

3、氏硬度0.102F /D 2備注< 14010F單位：N鋼及鑄鐵> 14030D單位：mm< 355銅及其合金35 - 13010> 13030< 3525輕金屆及其合金35 - 8010> 8010鉛、錫1.25由布氏硬度值的計(jì)算公式可以看出，當(dāng)所加試驗(yàn)力F與鋼球(或硬質(zhì)合金球)直徑D已選定時(shí)，硬度埴 HBS (HBW)只與壓痕直徑d有關(guān)。d越大，WJ HBS(HBW)值越小，表明材料越軟；反之，d越小，HBS (HBW)值越大，表明 材料越硬。除了采用鋼球(或硬質(zhì)合金球)直徑D為10mm，試驗(yàn)力F為3000k g f (29 4 2 1 N),保持時(shí)間1

4、0- 15s的試驗(yàn)條件外，在其它試驗(yàn)條件下測(cè)得的硬度 值，應(yīng)在符號(hào)HBS的后面用相應(yīng)的數(shù)字注明壓頭直徑、試驗(yàn)力大小和試驗(yàn)力保 持時(shí)間。如120HBS10/1000/30,即表示用10mm的鋼球作壓頭，在1000kgf(9807N)的試 驗(yàn)力作用下，保持時(shí)間為30s后所測(cè)得的硬度值為120。如500HBW5/750,即表示用5mm的硬質(zhì)鋼球作壓頭，在750kgf(735N)的試驗(yàn)力 作用下，保持時(shí)間為01 - 15s后所測(cè)得的硬度值為500。淬火鋼球用于測(cè)定硬度HBS<450的金屆材料，如灰鑄鐵、有色金屆以及退火、 正火和調(diào)質(zhì)處理的鋼材等。為了避免壓頭變形，可用硬質(zhì)合金球壓頭，它適用于 測(cè)

5、試HBW< 650的金屆材料。(我國(guó)目前布氏硬度試驗(yàn)機(jī)壓頭主要是淬火鋼球。)3、試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是：試驗(yàn)時(shí)使用的壓頭直徑較大，在試樣表面上留下壓痕也 較大，測(cè)得的硬度值也較準(zhǔn)確。布氏硬度試驗(yàn)的缺點(diǎn)是：對(duì)金屆表面的損傷較大，不易測(cè)試太薄工件的硬度，也 不適于測(cè)定成品件的硬度。布氏硬度試驗(yàn)常用來(lái)測(cè)定原材料、半成品及性能不均勻的材料(如鑄鐵)硬度。二、洛氏硬度1、試驗(yàn)原理圖14諸氏硬度試驗(yàn)京理圈洛氏硬度是以頂角為120°的金剛石圓錐體或直徑為 O 1.588 mm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

6、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)金屆材料的洛氏硬度值。如下圖所示，0- 0為金剛石壓頭還沒(méi)有和試樣接觸的位置。1-1是在初試驗(yàn)力作用下壓頭所處的位置，壓入深度為 hl, 目的是為了消除由丁試樣表面不光潔對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的精確性造成的不良影響。圖中2-2在總試驗(yàn)力（初試力+主試驗(yàn)力）作用下壓頭所處位置，壓入深度為h2。3 -3是卸除主試驗(yàn)力后壓頭所處的位置，由丁金屆彈性變形得到恢復(fù)，此時(shí)壓頭 實(shí)際壓入深度為h3。故由丁主試驗(yàn)力所引起的塑性變形而使壓頭壓入深度為h=h3 h1。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

7、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 mm的壓痕深度為一個(gè)硬度單 位。由此獲得的硬度值稱(chēng)為洛氏硬度值，用符號(hào)HR表示。HR 0.002式中，c為常數(shù)（對(duì)丁 HRC、HRA, c取0.2;對(duì)丁 HRB, c取0.26）。由此獲 得的洛氏硬度值H R為一無(wú)名數(shù)，試驗(yàn)時(shí)一般由試驗(yàn)機(jī)指示器上直接讀出。2、常用洛氏硬度標(biāo)尺及適用范圍標(biāo)尺壓頭類(lèi)型總試驗(yàn)力硬度值有應(yīng) 用kgf效范圍HRA120°金剛白圓錐體60070- 88 硬質(zhì)合金、表面淬火層或滲碳層HRB(1/16) ” ( 1.5881000_ _ _ 等20- 100 寸HRC

8、mm）鋼球1500Qn 7八有色金屆、20 70退火、正火鋼等120金剛右圓錐體淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等上述洛氏硬度的三種標(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)丁 400HB S 。如50H R C，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20- 70）為有效。3、試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單迅速，效率高，直接從指示器上可讀出硬度值； 壓痕小，故可直接測(cè)量成品或較薄工件的硬度； 對(duì)丁H R A和H R C采用金剛石壓頭，可測(cè)量高硬度薄層和深層的材料。

9、缺點(diǎn)：由丁壓痕小，測(cè)得的數(shù)值不夠準(zhǔn)確，通常要在試樣不同部位測(cè)定四次以上， 取其平均值為該材料的硬度值。三、維氏硬度布氏硬度試驗(yàn)不適用丁測(cè)定硬度較高的材料。洛氏硬度試驗(yàn)雖然可用丁測(cè)定較材料和硬材料，但其硬度值不能進(jìn)行比較。維氏硬度試驗(yàn)可以測(cè)量從軟到硬的各種材料以及金屆零件的表面硬度，并有連續(xù)一致的硬度標(biāo)尺。1、試驗(yàn)原理X肅心雄氏豪度心原理 維氏硬度試驗(yàn)原理與布氏硬度相似，也是根據(jù)壓痕單位表面積上的試驗(yàn)力大小來(lái)計(jì)算硬度值。區(qū)別在丁壓頭采用錐面火角為136°的 金剛石正四棱錐體，將其以選定的試驗(yàn)力壓入試樣表面，按規(guī)定保持一定時(shí)間后 卸除試驗(yàn)力，測(cè)量壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度，如書(shū)上P 9圖 1-5所

10、示。維氏硬度值用 四棱錐壓痕單位面積上所承受的平均壓力表示，符號(hào)HV。.136° 2Fsin = 0.102 =0.1894-d2d1式中 F一作用在壓頭上的試驗(yàn)力（N）d-壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度的平均值（mm）HV值的單位為N /mm 2 ,但習(xí)慣上只寫(xiě)出硬度值而不標(biāo)出單位。2、常用試驗(yàn)力及其適用范圍維氏硬度試驗(yàn)所用試驗(yàn)力視其試件大小、薄厚及其它條件，可在 49.03 980.7N 的范圍內(nèi)選擇試驗(yàn)力。常用的試驗(yàn)胃有 49.03、98.07、196.1、294.2、490.3、980.7 NoH V符號(hào)前面的數(shù)字為硬度值，后面依次用相應(yīng)數(shù)字注明試驗(yàn)力和試驗(yàn)力保持時(shí) 問(wèn)（10 15s 不標(biāo)注）。如 6 4 0/HV 3 0 / 2 0 ，表示 30kgf （294.2N）試驗(yàn)力， 保持時(shí)間為20s測(cè)得維氏硬度值為640。維氏硬度法適用范圍寬，尤其適用丁測(cè)定金屆鍍層、薄片金屆及化學(xué)熱處理后的 表面硬度，其結(jié)果精確可靠。當(dāng)試驗(yàn)力小丁 0.2 kgf （1.961N）時(shí)，可用丁測(cè) 量金相組織中不同相的硬度。3、試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：與布氏、洛氏硬度試驗(yàn)比較，維氏硬度試驗(yàn)不存在試驗(yàn)力與壓頭直徑有 一定比例關(guān)系的約束；不存在壓頭變形問(wèn)題；壓痕輪廓活晰，采用對(duì)角線長(zhǎng)度計(jì)