硬度計(jì)基本原理

1、.附錄一 硬度計(jì)基本原理一、布爾硬度（hb）1、基本原理將載荷p和直線(xiàn)為d的淬火鋼球壓入試樣的表面，并保持一定時(shí)間，然后去除載荷p，測(cè)量壓痕直徑d，見(jiàn)圖1所示。最后計(jì)算出布氏硬度值。計(jì)算公式如下：若壓痕的深度為h，則壓痕的面積為圖1布爾硬度計(jì)測(cè)量原理圖式中計(jì)算平均壓力，以此人為試樣硬度值，稱(chēng)布氏硬度值，以符號(hào)hb表示。p施加的載荷；f壓痕的表面積；d鋼球的直徑；d壓痕直徑。在p和d一定的情況，布氏硬度的高低取決于壓痕的直徑d，d越大，表明材料的hb值越低即材料軟；反之材料硬度高即hb值越大。在具體測(cè)量時(shí)，并不是每次都按上述公式去算，而是根據(jù)d與p值的大小，測(cè)量出痕壓的直徑d，然后查表即得，這種

2、表格就是根據(jù)上述公式計(jì)算制出的，可參考附錄一。由于材料有硬有軟，工件有厚、薄、大、小之分，為適應(yīng)不同情況，其壓頭有精品.2.5mm、5mm、10mm三種鋼球。載荷有156n、625n、1875n、2500n、7500n、10000n、30000n7種。在具體測(cè)量時(shí)只要滿(mǎn)足p/d2為常數(shù)，則對(duì)同一材料來(lái)說(shuō)，布氏硬度值都相同；對(duì)不同材料，所得布氏硬度值是可進(jìn)行比較的。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定p/d2為30、10、2.5三種。按表1布氏硬度試驗(yàn)的規(guī)范來(lái)選擇鋼球直徑d和加壓負(fù)荷p以及保壓時(shí)間。在試樣截面大小和厚度允許的情況下，盡可能選用直徑大的鋼球和大的載荷 ，這樣更接近于材料的真實(shí)性能；同時(shí)測(cè)量的壓痕大，誤差也

3、小。所以測(cè)定鋼的硬度時(shí)，盡可能用10mm鋼球和30000n的載荷 。壓痕直徑應(yīng)在0.25dd0.6d的范圍內(nèi)，否則試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效，應(yīng)選其他規(guī)范重做實(shí)驗(yàn)。這是因?yàn)閐值太小，靈敏度和準(zhǔn)確性將降低，若d值太大，壓痕的幾何形狀不能保持相似的關(guān)系，影響準(zhǔn)確性。表1 布氏硬度實(shí)驗(yàn)規(guī)范金屬 類(lèi)型布氏硬度范圍（hb）負(fù)荷 p與壓頭直徑d的關(guān)系鋼球直徑d(mm)鋼球直徑d(mm)負(fù)荷 p/n載荷持續(xù)時(shí)間（s）黑色金=30d210.05.02.53000075001895106633p=10d210.05.02.510000250062510有色金屬13063422p=30d210.05.

4、02.53000075001895303613093636633p=2.5d210.05.02.5250062515660布氏硬度計(jì)的壓頭，是淬火的高碳工具鋼制的鋼球，為了避免鋼球壓裂或變形，不能測(cè)太硬的材料。2布氏硬度計(jì)的構(gòu)造與操作圖2 hb-3000布氏硬度計(jì)結(jié)構(gòu)圖常用布氏硬度計(jì)有油壓式和杠桿式兩種，油壓式是通過(guò)液體來(lái)傳遞壓力，是比較早期的硬度計(jì)類(lèi)型，容易產(chǎn)生過(guò)載等缺點(diǎn)。目前多采有杠桿式硬度計(jì)，它是通過(guò)杠桿來(lái)傳遞補(bǔ)壓力，是較完善的硬度計(jì)?，F(xiàn)以hb-3000型布氏硬度計(jì)為例，介紹其主要結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2所示。精品.指示燈用于表示加載過(guò)程；壓頭是淬火鋼球制成；載物臺(tái)放置試樣；升降絲桿使載物臺(tái)升降的機(jī)

5、構(gòu)；手輪使絲桿發(fā)生上、下旋轉(zhuǎn)；時(shí)間定位器用于控制加載時(shí)間；加載按鈕用于施加載荷。二、洛氏硬度（hr） 洛氏硬度法克服了布氏硬度法的缺點(diǎn)，它的壓痕較小，可測(cè)較高硬度，可直接讀數(shù)，操作方法、效率高，幫為熱處理產(chǎn)品檢驗(yàn)的主要方法之一。1、測(cè)試原理洛氏硬度法也采用壓入法，它用金剛石和鋼球作壓頭。但它是以壓痕的陷凹深度作為計(jì)量硬度指標(biāo)。為了可以用一個(gè)試驗(yàn)機(jī)測(cè)定從軟到硬的材料的硬度，采用了不同的壓頭和總負(fù)荷，組成了15種不同的洛氏硬度標(biāo)尺。表2所示為各種洛氏硬度標(biāo)尺的、試驗(yàn)條件及其應(yīng)用。鋼鐵材料常用hrb和hrc兩種標(biāo)尺測(cè)定。表2 各種洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件及其應(yīng)用標(biāo)度符號(hào)采用壓頭總負(fù)荷（n）表盤(pán)指示刻度

6、顏色常用范圍應(yīng)用舉例hra金鋼石圓錐600黑色7085碳化物、硬質(zhì)合金、鋼材表面硬化層hrb1.588mm鋼球1000紅色25100軟鋼、退火鋼、銅合金、鋁合金、可鍛鑄鐵hrc金鋼石圓錐1500黑色2067淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼、深層表面硬化鋼hrd金鋼石圓錐1000黑色4077薄鋼板、中等厚度的表面硬化工件hre3.157mm鋼球1000紅色70100鑄鐵、鋁、鎂合金、軸承合金等hrf1588 mm鋼球600紅色40100薄軟鋼板、退火銅合金等精品.hrg1588 mm鋼球1500紅色3194磷青銅、鈹青銅等hrh3.157mm鋼球600紅色-測(cè)定軸承合金等非均質(zhì)合金的平均硬度hrk6.350 mm

7、鋼球1500紅色40100hrl6.350 mm鋼球600紅色-hrm6.350 mm鋼球1000紅色-hrp6.350 mm鋼球1500紅色-hrr12.70 mm鋼球600紅色-hrs12.70 mm鋼球1000紅色-hrv12.70 mm鋼球1500紅色-各種洛氏硬度的測(cè)量原理都相似，現(xiàn)以測(cè)量hrc為例說(shuō)明之。圖3-5是洛氏硬度計(jì)測(cè)量原理圖，一般較硬的金屬材料（如淬火后的工件）用金剛石壓頭，較軟的金屬材料用鋼球壓頭。圖3 洛氏硬度計(jì)測(cè)量原理圖總載荷p分為兩次加在壓頭上。首先加入預(yù)載荷p0，使壓頭與試樣的表面接觸良好，此時(shí)壓痕深度為h1(見(jiàn)圖3a)；然后加入主載茶p1，這時(shí)總載荷p= p0 +p1，此時(shí)壓痕深度增加到h2位置(見(jiàn)圖3b)。隨后將主載荷卸除，此時(shí)壓痕由于加載時(shí)所產(chǎn)生的彈性變形已恢復(fù)，這時(shí)壓痕深度h3= h2 h1（見(jiàn)圖3c）作為測(cè)量的依據(jù)。如果直接以壓痕深度h來(lái)作計(jì)算硬度指標(biāo)，那么就會(huì)出現(xiàn)硬的金屬硬度值小，而軟的金屬硬度值反而大的現(xiàn)象，這不符合人們的習(xí)慣。因此用一常數(shù)k來(lái)減去所得的壓痕深度值作為洛氏硬度的指標(biāo)。即hr=k-h當(dāng)以鋼球?yàn)閴侯^時(shí)，k=0.26；以金剛石錐體為壓頭時(shí)，k=0.2，此外，在讀數(shù)上又規(guī)定以壓入深度0.002作為標(biāo)尺刻度的一格，這樣前者的0.26常數(shù)相當(dāng)于130格，后者0.2常數(shù)相當(dāng)于