硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标,它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力,也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。
硬度不是一个简单的物理概念,而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。 硬度试验根据其测试方法的不同可分为静压法(如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等)、划痕法(如莫氏硬度)、回跳法(如肖氏硬度)及显微硬度、高温硬度等多种方法。
布氏硬度以HB[N(kgf/mm2)]表示(HBS\HBW)(参照GB/T231-1984),生产中常用布氏硬度法测定经退货、正火和调质得刚健,以及铸铁、有色金属、低合金结构钢等毛胚或半成品的硬度。 洛氏硬度可分为HRA、HRB、HRC、HRD四种,它们的测量范围和应用范围也不同。
一般生产中HRC用得最多。压痕较小,可测较薄得材料和硬得材料和成品件得硬度。
维氏硬度以HV表示(参照GB/T4340-1999),测量极薄试样。编辑本段金属硬度分述 应用范围 金属硬度(Hardness)的代号为H。
按硬度试验方法的不同,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,HRC适用于表面高硬度材料,如热处理硬度等。
两者区别在于硬度计之测头不同,布氏硬度计之测头为钢球,而洛氏硬度计之测头为金刚石。 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,用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值,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)。
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。或用里氏原理直接用布氏(HB)、洛氏(HRC)、维氏(HV)、里氏(HL)、肖氏(HS)测量硬度值。
布氏硬度 布氏硬度(HB)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。洛氏硬度(HRC)一般用于硬度较高的材料,如热处理后的硬度等等。
布式硬度(HB)是以一定大小的试验载荷,将一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压入被测金属表面,保持规定时间,然后卸荷,测量被测表面压痕直径。布式硬度值是载荷除以压痕球形表面积所得的商。
一般为:以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面,保持一段时间,去载后,负荷与其压痕面积之比值,即为布氏硬度值(HB),单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。洛式硬度 洛式硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度值指标。
以0.002毫米作为一个硬度单位。当HB>450或者试样过小时,不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。
它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同,分三种不同的标度来表示: HRA:是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。
HRB:是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球,求得的硬度,用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。 HRC:是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。
维氏硬度 无缝钢管维氏硬度试验也是一种压痕试验方法,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。
注意事项 1.HRC含意是洛式硬度C标尺。 2.HRC和HB在生产中的应用都很广泛。
3.HRC适用范围HRC 20--67,相当于HB225--650;若硬度高于此范围则用洛式硬度A标尺HRA,若硬度低于此范围则用洛式硬度B标尺HRB,布式硬度上限值HB650,不能高于此值。 4.洛氏硬度计C标尺之压头为顶角120度的金刚石圆锥,试验载荷为一确定值,中国标准是150千克力。
布氏硬度计之压头为淬硬钢球(HBS)或硬质合金球(HBW),试验载荷随球直径不同而不同,从3000到31.25千克力。 5.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。 6.洛式硬度的硬度值是一无名数,没有单位。
(因此习惯称洛式硬度为多少度是不正确的。) 布式硬度的硬度值有单位,且和抗拉强度有一定的近似关系。
7.洛式硬度直接在表盘上显示、也可以数字显示,操作方便,快捷直观,适用于大量生产中。 布式硬度需要用显微镜测量压痕直径,然后查表或计算,操作较繁琐。
8.在一定条件下,HB与HRC可以查表互换。其心算公式可大概记为:1HRC≈1/10HB。
硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验,生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。
实践证明,。
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。
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/等,方法分别如下:
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,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。
硬度---是材料抵抗外物刺入的一种能力。用硬度试验器来试验是现代试验硬度常用的方法。最常用的试验法有洛氏硬度试验洛氏硬度试验机利用钻石冲入金属的深度来测定金属的硬度,冲入深度愈大,硬度愈小。钻石冲入金属的深度,可从指针指出正确的数字,该数字称为洛氏硬度数。
脆性---表示物质受拉力或冲击时容易破裂破碎的性质,比如铸铁的脆性大,甚至跌落地上亦会破裂。脆性与硬度有密切关系,硬度高的材料通常脆性亦大。
另外说一点,金刚石是目前人们发现的最硬的天然物质,但这并非说它不能被砸碎,也不能说它的化学性质是最稳的物质。若拿一个大铁锤猛砸一块金刚石,金刚石照样会碎。而我们所讲的硬度,是指物质之间的表面划痕,即较硬物质可以在较软的物质的表面上造成划痕,较软物质不能在较硬的物质表面上造成划痕。两种不同质地的物质之间区别孰硬孰软,就是看谁能在谁身上“画上画”,而不是看谁能打碎谁!!
“打碎”问题就是脆性问题。
材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。
固体对外界物体入侵的局部抵抗能力,是比较各种材料软硬的指标。由于规定了不同的测试方法,所以有不同的硬度标准。
各种硬度标准的力学含义不同,相互不能直接换算,但可通过试验加以对比。硬度分为:①划痕硬度。
主要用于比较不同矿物的软硬程度,方法是选一根一端硬一端软的棒,将被测材料沿棒划过,根据出现划痕的位置确定被测材料的软硬。定性地说,硬物体划出的划痕长,软物体划出的划痕短。
②压入硬度。主要用于金属材料,方法是用一定的载荷将规定的压头压入被测材料,以材料表面局部塑性变形的大小比较被测材料的软硬。
由于压头、载荷以及载荷持续时间的不同,压入硬度有多种,主要是布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等几种。③回跳硬度。
主要用于金属材料,方法是使一特制的小锤从一定高度自由下落冲击被测材料的试样,并以试样在冲击过程中储存(继而释放)应变能的多少(通过小锤的回跳高度测定)确定材料的硬度。
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