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钢材的硬度:金属硬度(Hardness)的代号为H。
●常规表示有布氏(HB)、洛氏(HRC)、维氏(HV)、里氏(HL)硬度等,其中以HB及HRC较为常用。
●HB应用范围较广,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。HRC适用于表面高硬度材料。HRC适用范围HRC 20-67,相当于HB225-650。两者的原理区别在于:布氏硬度以压痕直径来衡量硬度,而洛氏硬度(HR)以压痕深度来衡量硬度。洛式硬度压痕很小,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。布式硬度压痕较大,测量值准,不适用成品和薄片,一般不归于无损检测一类。
●HV-适用于显微镜分析。维氏硬度(HV)以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面,用材料压痕凹坑的载荷除以表面积,即为维氏硬度值(HV)。
●HL手提式硬度计,测量方便,利用冲击球头冲击硬度表面后,产生弹跳;利用冲头在距试样表面1mm处的回弹速度与冲击速度的比值计算硬度,公式:里氏硬度HL=1000×VB(回弹速度)/ VA(冲击速度),所以撞击响声以通透为好。
●最常用的便携式里氏硬度计用里氏(HL)测量后可以转化为:布氏(HB)、洛氏(HRC)、维氏(HV)、肖氏(HS)硬度。
有一些标尺(如含N、T、W、X、Y的标尺)是对洛氏硬度试验的补充,由表面洛氏硬度试验得出。因为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等情况时,就应改用表面洛氏硬度试验。
之所以分出这么多种标尺,是因为在标尺的使用中,越靠近上下限就越不准。
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,所以在测量偏HRC标尺上限的硬度时,应使用HRA标尺,因为HRA的上限范围同HRC相当,但试验力要小很多。
HRA标尺的使用范围是20-88HRA,由美国标准ASTM E140可以获得以下换算关系:27HRA≈30HRB;60HRA≈100HRB≈20HRC;85.6HRA≈68HRC;可见,在同等数值的情况下,对应标尺的硬度由高到低为C、A、B,但HRA标尺的测试范围广,基本包含了HRB和HRC,涵盖了从软钢(HRB)、硬钢(HRC)到硬质合金的硬度范围。但事实上,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,材料硬度超出HRA的测量范围上限已成为惯例。依借于HRA标尺测试范围广的特性,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。但是在中国,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。
洛氏硬度没有单位,是一个无纲量的力学性能指标,因此习惯称洛式硬度为多少度是不正确的。其最常用的硬度标尺有A、B、C三种,通常记作HRA、HRB、HRC,其表示方法为硬度数据+硬度符号,如50HRC。
洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C为三种不同的标准,称为标尺A、标尺B、标尺C。
洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一,三种标尺的初始压力均为98.07N(合10kgf),最后根据压痕深度计算硬度值。标尺A使用的是球锥菱形压头,然后加压至588.4N(合60kgf);标尺B使用的是直径为1.5875mm(1/16英寸)的钢球作为压头,然后加压至980.7N(合100kgf);而标尺C使用与标尺A相同的球锥菱形作为压头,但加压后的力是1471N(合150kgf)。因此标尺B适用相对较软的材料,而标尺A、C适用较硬的材料。
实践证明,金属材料的硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的,材料的强度越高,塑性变形抗力越高,硬度值也就越高。但各种材料的换算关系并不一致。
这两者之间并不能换算,两者的单位并不一样。莫氏硬度是用刻痕法将棱锥形金刚钻针刻划所测试矿物的表面,并测量划痕的深度,该划痕的深度就是莫氏硬度,以符号HM表示。洛氏硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度值的...
除了洛氏C标尺和布氏硬度,维氏和布氏有粗略的换算关系外,其它大多数的硬度换算只能通过查表。 HRC主要用于淬火钢、调质钢等硬度较高的材料,测量范围HRC20~67。 HRB主要用于软钢,有色金属等较软...
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:HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH和HRK。这9个标尺的应用涵盖了几乎所有常用的金属材料。HRA 60kg载荷金刚石锥压入器;HRB 100kg载荷1/16"直径钢球压头;HRC 150kg载荷金刚石锥压入器;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。
洛氏硬度计和表面洛氏硬度计的标尺(即不同的压头和试验力组合)通常按材料种类、试样厚度和硬度范围三方面的因素来选择,具体选择方法叙述如下:
按材料种类选择
A标尺多用于测量碳化钨、硬质合金、表面硬化零件等等的硬度;
B标尺多用于测量有色金属、合金及退火钢等低硬度的零件的硬度;
C标尺多用于测量碳钢、工具钢及合金钢等经淬火、回火处理的试样的硬度。
按材料选择并不是一种严格的做法。因为每一种材料随着其所采用的不同的热处理工艺,其最终硬度不可能相同,因此所适应的硬度标尺也不会相同。
Scale |
Indenter |
Preliminary force P(N) |
Total force F(N) |
HRA |
Diamond cone |
98.07 |
588.4 |
HRB |
Ball 1.5875 mm dia. |
98.07 |
980.7 |
HRC |
Diamond cone |
98.07 |
1471 |
HRD |
Diamond cone |
98.07 |
980.7 |
HRE |
Ball 3.175 mm dia. |
98.07 |
980.7 |
HRF |
Ball 1.5875 mm dia. |
98.07 |
588.4 |
HRG |
Ball 1.5875 mm dia. |
98.07 |
1471 |
HRH |
Ball 3.175 mm dia. |
98.07 |
588.4 |
HRK |
Ball 3.175 mm dia. |
98.07 |
1471 |
HRL |
Ball 6.350 mm dia. |
98.07 |
588.4 |
HRM |
Ball 6.350 mm dia. |
98.07 |
980.7 |
HRP |
Ball 6.350 mm dia. |
98.07 |
1471 |
HRR |
Ball 12.70 mm dia. |
98.07 |
588.4 |
HRS |
Ball 12.70 mm dia. |
98.07 |
980.7 |
HRV |
Ball 12.70 mm dia. |
98.07 |
1471 |
HR15N |
Diamond cone |
29.42 |
147.1 |
HR30N |
Diamond cone |
29.42 |
294.2 |
HR45N |
Diamond cone |
29.42 |
441.3 |
HR15T |
Ball 1.5875 mm dia. |
29.42 |
147.1 |
HR30T |
Ball 1.5875 mm dia. |
29.42 |
294.2 |
HR45T |
Ball 1.5875 mm dia. |
29.42 |
441.3 |
HR15W |
Ball 3.175 mm dia. |
29.42 |
147.1 |
HR30W |
Ball 3.175 mm dia. |
29.42 |
294.2 |
HR45W |
Ball 3.175 mm dia. |
29.42 |
441.3 |
HR15X |
Ball 6.350 mm dia. |
29.42 |
147.1 |
HR30X |
Ball 6.350 mm dia. |
29.42 |
294.2 |
HR45X |
Ball 6.350 mm dia. |
29.42 |
441.3 |
HR15Y |
Ball 12.70 mm dia. |
29.42 |
147.1 |
HR30Y |
Ball 12.70 mm dia. |
29.42 |
294.2 |
HR45Y |
Ball 12.70 mm dia. |
29.42 |
441.3 |
按样品的硬度范围选择
1:样品硬度与材料成分及热处理工艺的关系:在相同的热处理工艺下,材料的含碳量越高,材料的硬度也越高。对应于相同的材料,由工艺引起的硬度高低是:淬火、正火、退火。
2:各种洛氏硬度标尺的适应范围。每种洛氏硬度标尺都有一个可用范围,这一点很容易从硬度计刻度盘上的分度来确定。
不同洛氏硬度标尺(不包括表面洛氏硬度标尺)的使用范围如下:
标尺 |
使用范围 |
硬度符号 |
A |
20-88HRA |
HRA |
B |
20-100HRB |
HRB |
C |
20-70HRC |
HRC |
D |
40-77HRD |
HRD |
E |
70-100HRE |
HRE |
F |
60-100HRF |
HRF |
G |
30-94HRG |
HRG |
H |
80-100HRH |
HRH |
K |
40-100HRK |
HRK |
按厚度或硬化层深度
洛氏硬度试验对样品试样有要求,其厚度不能小于残余压痕深度的10倍,试样背面不能出现明显的变形痕迹。由此样品的厚度决定了载荷的选择,载荷必须保证其所引起的变形小于样品的最小厚度。对于每一种硬度试验,都存在最小可测量厚度 。2100433B
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洛氏硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度值的指标,以0.002毫米作为一个硬度单位。在洛氏硬度试验中采用不同的压头和不同的试验力,会产生不同的组合,对应于洛氏硬度不同的标尺。常用的有3个标尺,其应用涵盖了几乎所有常用的金属材料。
洛氏硬度(HR)测试,当被测样品过小或者布氏硬度(HB)大于450时,就改用洛氏硬度计量。试验方法是用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为1.5875mm/3.175mm/ 6.35mm/12.7mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕深度求出材料的硬度。最常用的三种标尺为A、B、C,即HRA、HRB、HRC,要根据实验材料硬度的不同,选用不同硬度范围的标尺来表示。
1. HRA是采用60Kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度较高的材料。例如:钢材薄板、硬质合金。
2. HRB 是采用100Kg载荷和直径1.5875mm淬硬的钢球求得的硬度,用于硬度较低的材料。例如:软钢、有色金属、退火钢等。
3.HRC是采用150Kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度较高的材料。例如:淬火钢、铸铁等 。2100433B
按应用方式来分:一般洛氏硬度计,表面洛氏硬度计,综合型洛氏硬度计;
按操作方式来分:手动洛氏硬度计,电动洛氏硬度计;
按显示方式来分:指针式,数显洛氏硬度计;
按加载方式来分:砝码通过杠杆原理加载,电机和传感器组成闭环加载;
按参考平台来分:手动平台洛氏硬度计,平台移动式自动洛氏硬度计,机头移动式自动洛氏硬度计。
洛氏硬度试验是简便、迅速的硬度测试方法。洛氏硬度试验方法广泛应用於生产制造、科学研究的各个领域。
洛氏硬度的符号以HR表示。为适应各种不同材料的应用,根据所用的压头及试验力的不同组合区分为洛氏硬度标尺(A、B、C、D、E、F、G、H、K、L、M、P、R、S、V……)。