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。一、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。布氏硬度值用球面壓痕單位面

2、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。 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 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

3、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3000kgf(2942 1N,保持時(shí)間10-15s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 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500HB W5/750,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

4、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HBS<450的金屬材料,如灰鑄鐵、有色金屬以及退火、正火和調(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HBW<650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)常用來測(cè)定原材料、半成品及性能不均勻的材料(如鑄鐵硬度二、洛氏硬度1、試驗(yàn)原理洛氏硬度是以頂角為120&

5、#176;的金剛石圓錐體或直徑為1.588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。 如圖所示,0-0為金剛石壓頭還沒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h1,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h2。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h3。故由于主試驗(yàn)力所引起的

6、塑性變形而使壓頭壓入深度為h=h3-h1。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。一般說來,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來表示硬度的高低。并用每0.002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HR為一無名數(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 上述洛氏硬度的三種標(biāo)尺中,以HRC應(yīng)用最多,一般經(jīng)淬火處理的鋼或工具都采用H RC測(cè)量。在中等硬度情況下,洛氏硬度HRC與布

7、氏硬度HBS之間關(guān)系約為1:10,如40HRC相當(dāng)于400HBS。如50HRC,表示用HRC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HRA和HRC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

8、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P9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。 式中F-作用在壓頭上的試驗(yàn)力(N,d-壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度的平均值(,HV值的單位為N/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640/HV30/20,表示30kgf (294.2N 試驗(yàn)力,保持時(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