材料硬度的概念及硬度檢測

硬度測量

硬度測量的應(yīng)用：硬度測量具有簡便、快捷；不破壞試樣（非破壞性試驗(yàn)）；硬度能綜合反映材料的強(qiáng)度等其他力學(xué)性能；硬度與耐磨性具有直接關(guān)系，硬度越高，耐磨性越好。所以硬度測量應(yīng)用極為廣泛，常把硬度標(biāo)注于圖紙上，作為零件檢驗(yàn)、驗(yàn)收的主要依據(jù)。

測量方法：可采用壓入法、加彈法、劃痕法等測量方法。生產(chǎn)中常用壓入法（有布氏硬度法、洛氏硬度法、維氏硬度法等）。

（ 1 ）布氏硬度： HB （ Brinell-hardness ) （ HBS 、 HBW ）

布氏硬度測量原理：采用直徑為 D 的球形壓頭，以相應(yīng)的試驗(yàn)力 F 壓入材料的表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用讀數(shù)顯微鏡測量殘余壓痕平均直徑 d ，用球冠形壓痕單位表面積上所受的壓力表示硬度值。實(shí)際測量可通過測出 d 值后查表獲得硬度值。
HBS （ HBW ） = F/S = 2F/ π D[D - (D2-d2)1/2]
? HBS ——表示用淬火鋼球壓頭測量的布氏硬度值。適用范圍：小于 450 ；
? HBW ——表示用硬質(zhì)合金壓頭測量的布氏硬度值。適用范圍： 450~650

布氏硬度的測量原理
布氏硬度表示方法：符號 HBS 或 HBW 之前的數(shù)字表示硬度值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。如 :120HBS10/1000/30 表示直徑為 10mm 的鋼球在 1000kgf （ 9.807kN ）載荷作用下保持 30s 測得的布氏硬度值為 120 。
布氏硬度特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測量數(shù)值穩(wěn)定，準(zhǔn)確，能較真實(shí)地反映材料的平均硬度；缺點(diǎn)：壓痕較大，操作慢，不適用批量生產(chǎn)的成品件和薄形件。
布氏硬度測量范圍：用于原材料與半成品硬度測量，可用于測量鑄鐵；非鐵金屬（有色金屬）、硬度較低的鋼（如退火、正火、調(diào)質(zhì)處理的鋼）。

（ 2 ）洛氏硬度： HR （ Rockwll hardnes ）

洛氏硬度測量原理：用金剛石圓錐或淬火鋼球壓頭，在試驗(yàn)壓力 F 的作用下，將壓頭壓入材料表面，保持規(guī)定時(shí)間后，去除主試驗(yàn)力，保持初始試驗(yàn)力，用殘余壓痕深度增量計(jì)算硬度值，實(shí)際測量時(shí)，可通過試驗(yàn)機(jī)的表盤直接讀出洛氏硬度的數(shù)值。
HR = K - h/0.002 ； K ——常數(shù)，金剛石壓頭取值 100 ，球形壓頭取值 130 。

洛氏硬度測量原理
洛氏硬度測量條件：洛氏硬度可以測量從軟到硬較大范圍的硬度值，根據(jù)被測對象硬度值大小不同，可用不同的壓頭和試驗(yàn)力，如下表。

常用洛氏硬度的試驗(yàn)條件和應(yīng)用范圍

硬度符號

壓頭類型

總試驗(yàn)力 F/N （ kgf ）

硬度范圍

應(yīng)用舉例

HRA

120o 金剛石圓錐

588.4(60)

20~88

硬質(zhì)合金、碳化物、淺層表面硬化鋼等

HRB

φ1.588mm 淬火鋼球

980.7(100)

20~100

退火、正火鋼，鋁合金、銅合金、鑄鐵

HRC

120o 金剛石圓錐

1471(150)

20~70

淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼、深層表面硬化鋼

洛氏硬度特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測量迅速、簡便、壓痕小、硬度測量范圍大；缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、重復(fù)性不如布氏硬度。
洛氏硬度測量范圍：可用于成品和薄件，但不宜測量組織粗大不均勻的材料（如上表所示）。

（ 3 ）維氏硬度： HV （ diamond penetrator hardness ）

維氏硬度測量原理：與布氏硬度相似。采用相對面夾角為 136o 金剛石正四棱錐壓頭，以規(guī)定的試驗(yàn)力 F 壓入材料的表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用正四棱錐壓痕單位表面積上所受的平均壓力表示硬度值。

維氏硬度測量原理
維氏硬度特點(diǎn)：測量范圍大，可測量硬度為 10~1000HV 范圍的材料；量壓痕小。
維氏硬度應(yīng)用：可測量較薄的材料和滲碳、滲氮等表面硬化層。

* 上述各種硬度測量法，相互間沒有理論換算關(guān)系，故試驗(yàn)結(jié)果不能直接進(jìn)行比較，應(yīng)查閱硬度換算表進(jìn)行比較。

* 各種硬度的換算經(jīng)驗(yàn)公式：硬度在 200~600HBS 時(shí) ： 1HRC 相當(dāng)于 10HBS ；硬度小于 450HBS 時(shí)： 1HBS 相當(dāng)于 1HV

* 利用布氏硬度壓痕直徑直接換算出工件的洛氏硬度：根據(jù)布氏硬度和洛氏硬度換算表，可歸納出一個(gè)計(jì)算簡單且容易記住的經(jīng)驗(yàn)公式： HRC = （ 479-100D ） /4 ，其中 D 為Φ 10mm 鋼球壓頭在 30KN 壓力下壓在工件上的壓痕直徑測量值。該公式計(jì)算出的值與換算值的誤差在 0.5 ～ -1 范圍內(nèi)，該公式在現(xiàn)場用起來十分方便，您不妨試一試。

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