布氏、洛氏、維氏硬度試驗(yàn)原理及優(yōu)缺點(diǎn)介紹

1、布氏、洛氏、維氏硬度試驗(yàn)原理及優(yōu)缺點(diǎn)介紹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)之一。硬度的測(cè)定常用壓入法。把規(guī)定的壓頭壓入金屬材料表面層，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）。布氏硬度1、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

2、壓痕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。2FF=0 012A四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)試金屬的種類和試樣厚度，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)范材料布氏硬度0.102 F/D 2|備注V 14010F

3、單位：N鋼及鑄鐵> 14030D單位：mmV 355銅及其合金35-13010> 13030V 3525輕金屬及其合金358010> 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，則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 ( 2 9 4 2 1N),保持時(shí)間1015s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

4、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500HBW 5/750,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 HBSV450的金屬材料，如灰鑄鐵、有色金屬以及退火、正火和HBW V 650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)試 的金屬材料。（我國(guó)目前布氏硬度試驗(yàn)機(jī)壓頭主要是淬火鋼

5、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)金屬表面的損傷較大，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:、洛氏硬度1、試驗(yàn)原理洛氏硬度是以頂角為 120。的金剛石圓錐體或直徑為1.588nni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。1ft 1-1格及啜貴或

6、蜃朦理國(guó)如圖所示，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,目的是為了消除由于試樣表面不光潔對(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h2o 3-3是卸除主試驗(yàn)力后壓頭所處的位置，由于金屬?gòu)椥宰冃蔚玫交謴?fù)，此時(shí)壓頭實(shí)際壓入深度為h3o故由于主試驗(yàn)力所引起的塑性變形而使壓頭壓入深度為h= h3 hK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0.0

7、02 mm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。式中，c為常數(shù)（對(duì)于 HRC、HRA, c取0.2;對(duì)于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)尺壓頭類型總試驗(yàn)力 kgf硬度值后 效范圍'應(yīng)用HRA120°金剛石圓錐體60070-88硬質(zhì)合金、表面淬火層或滲碳層等HRB(1/16)”( 1.588 mm)100020-100有色金屬、退火、正火鋼等HRC120°鋼球金剛后圓錐體150020-70淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等上述洛氏硬度的三種標(biāo)尺中，

8、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HR C與布氏硬度HB S之間關(guān)系約為1: 10,如40HRC 相當(dāng)于400HBs 。如50HRC,表示用H R C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)于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。缺點(diǎn)：由于壓痕小，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

9、驗(yàn)不適用于測(cè)定硬度較高的材料。洛氏硬度試驗(yàn)雖然可用于測(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屬零件的表面硬度，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)別在于壓頭采用錐面夾角為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，如書上P 9圖1-5所示。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。2/ sin HV = GJ02= 0.189-yd?r/,HV值式中 F作用在壓頭上的試驗(yàn)力

10、(N),d壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度的平均值(mm)的單位為N /mm 2 ,但習(xí)慣上只寫出硬度值而不標(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、980.7N。HV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)間(10-15s不標(biāo)注)。如6 4 0 /HV 3 0 / 2 0，表示30kgf (294.2N)試驗(yàn)力，保才!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，尤其適用于測(cè)定金屬鍍層、薄片金屬及化學(xué)熱處理后的表面硬 度，其結(jié)果精確可靠。當(dāng)試驗(yàn)力小于0.2 kgf (1.961N)時(shí)，可用于測(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