详细介绍
1 硬度测量介绍 4 布氏硬度 加以载荷P，把直径为D的淬火钢球压入试件表面并保持一段时间t，然后卸去载荷，测量钢球在试样表面压出的压痕直径d，计算出压痕面积(球冠)F，算出P/F，这个比值所表示的硬度就是布氏硬度，用符号HB表示 布氏硬度的单位为kg/mm2，这是目前各国文献中常用的单位，通常只给出数值而不写单位，如HB200，若要换算成国际单位MPa，需要将硬度值乘以9.8N/KG 若用淬火钢球作压头时用HBS表示，用硬质合金球作压头时用HBW表示。 表示方法：钢球直径(mm)/试验力(KGF/N)/保持载荷时间(s) 120HBS10/1000/30:钢球直径10mm、载荷1000KGF、保持时间30s情况下测得的布氏硬度值为120. 500HBW5/750,硬质合金球直径5mm,载荷750KGF，保持10～15s情况下测得的布氏硬度值为500,一般10～15s不标注. 5 布氏硬度 布氏硬度的压头钢球直径规格：Φ2.5mm，Φ5mm，Φ10mm三种；载荷：15.6kg、62.5kg、182.5kg、250kg、750kg、1000kg、3000kg七种。 可根据材料的软硬不同选择配合使用。 为了在不同直径的压头和不同载荷下来测试时，同一种材料的布氏硬度值相同，压头的直径与载荷之间要满足相似原理。相似原理是指在均质材料中，只要压入角φ(即从压头圆心压痕两端的连线之间的夹角)不变，则不论压痕大小，金属的平均抗力相等。根据迈耶尔定律只要使P/D2为一常数，就可以使压入角φ保持不变，从而保持了几何形状相似的压痕。 布氏硬度试验规范 注意：为了更好的提高测量精度，通常使0.25d/D0.5。正常试验压痕直径的范围 应为0.25Dd0.6D，否则测量结果无效；由于压痕周围存在变形硬化 现象（可达2～3倍的压痕直径），所以要求相邻两个硬度点的距离 ≥4d，软材料≥6d，试件厚度不小于压痕深度的10倍，压痕离试件边 缘的距离应不小于压痕直径;为了不影响加载及压痕直径的测量，试样 表面的粗糙度Rａ应不大于0.8um。 6 布氏硬度 优点： 硬度代表性全面，因压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均性能，而不受个别组成相及微小不均匀度的影响。因此非常适合于测定灰铸铁、轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料；试验数据稳定，数据重复性强，另外，布氏硬度值和抗拉强度σb间存在一定换算关系： 缺点： 压头为淬火钢球。由于钢球本身的变形问题，致使不易试验太硬的材料。一般在HB450以上就不可以使用；由于压痕较大，成品检验有困难；试验过程比洛氏硬度较为复杂，不能由硬度计上直接读数（需用带刻度的低倍放大镜测出压痕直径，然后通过查表得到布氏硬度值）。 7 显微硬度 概念：用小的载荷把硬度测试的范围缩小到显微尺度以内就称为显微硬 度。显微硬度是金相分析中常用的测试手段之一。加在锥形金刚 石压头上的负荷极小，从数克到数百克，在试样上所留的压痕也 极微小，压痕对角线一般只有几个微米到几十个微米(用金相显微 镜测量)，因而使得欲评定某一相或结构组分的硬度成为可能，进 而为组织分析或性能分析提供相关依据。 分类：1)锥面夹角为136°的正方锥体压头，又称维氏（Vikers）锥体， d1=d2。它的应用比较广泛。在我国及欧洲各国均采用这一类型 的压头；符号:HV—维氏硬度 2)菱面锥体压头，又称克诺伯（Knoop）型压头。7d1=d2此类压 头在美国使用较为普遍；符号:HK—努氏硬度 8 显微硬度 计算方式： A是压痕面积，P是负荷（g），α是维氏锥体的夹角，d是压 痕对角线°时，则： AP是压痕的投影面积（μm2），P是负荷（g），L是压痕长对 角线长度(um) ，W是压痕短对角线HK0.1---HV（HK）代表显微硬度，0.1代表载荷大小，400代表显微硬度值，保荷时间在15～20s，若不是15～20s，需要标明：400HV0.1/30，说明保荷时间是30s。 注意： 1)压痕中心距试样边缘的距离，或两相邻压痕中心之间的距离，应不小于二倍 压痕对角线)试验矿物时，上述之距离应不低于五倍压痕对角线)试样厚度应不小于压痕对角线)试验金属合金的单独结构部分时，同样采用上列规程，并以晶粒之边界视作 试样之边界。 9 显微硬度 应用： 1)金属材料和金相的研究; 大范围的使用在测定金属及合金中各组成相的硬度，剖析其对合金性能的供献，为合金的正确设计提供相关依据。 2)金属表面层性能的研究; ①扩散层性能的研究，例如渗碳层，氮化层，金属扩散层等； ②表面加工硬化层性能的研究。如金属表层受机械加工，热加工的影响； 切削加工对表面硬度的影响; 3)晶粒内部不均匀性的研究; 4)极细薄金属制成品硬度的测量; 10 显微硬度 优点： 1)不存在布氏硬度试验时，要求载荷P和压头直径D所规定条件的约束，以及压头变形问题； 2)不存在洛氏硬度法那种硬度值无法统一的问题，不仅载荷能随意选取，而且材质不论软硬，测量数据稳定可靠，精度高； 缺点： 硬度值需通过测量对角线长度后才能计算（或查表）出来，因此测量效率不如洛氏硬度高。 附： 11 洛氏硬度 用一定的压头(金刚石圆锥体锥角为120°或淬火钢球)，加以载荷(分初载荷10KG和主载荷)压入试样表面，造成的压痕深度H，H的大小来标示材料的软硬。一般较硬的金属材料（如淬火后的工件）用金刚石压头；较软的金属材料则用钢球压头。 HR=K-H/0.002 0.002---单位是mm，规定每压入深度0.002mm作为洛氏硬度一度； H---压痕深度(mm)，H的计量是首先加上初载荷，以这时的压入量作为计 量深度的起点，然后加上主载荷，保持一段时间后卸去主载荷，保 留初载荷，这时的深度为H； K---认为规定的常数，金刚石压头K=100,淬火钢球压头K=130. 载荷与压头的配合(最常用) C标尺----150kg+金刚石压头 A标尺----60kg+金刚石压头 B标尺----100kg+钢球压头 12 洛氏硬度 注意： 1)压痕位置的选择：压痕离试样边缘及压痕之间的距离应大于2.5倍压痕 直径； 2)操作动作的要求：加载、卸载要平稳，避免猛力； 3)未知样品的软硬情况下，应当首先测量HRA或HRC；明确比较软后，即， HRA≤60（HRC≤20）再测量HRB，避免损坏钢球压头； 4)试样试验面粗糙度Ra应不大于0.8um； 5)试样的最小厚度应不小于压痕深度的10倍； 6)试样表面是球面或圆柱面时，测量硬度前，需根据曲面曲率半径R的大 小和材料本身(试验面为平面情况下)硬度的高低加以修正(GB230)； 7)高硬度材料，保压2s,中等硬度材料保压6～8s，低硬度材料，即主载 荷加上后，数据一直变化的，保压20～30s. 优点： 压痕小（对试样的外观没有损害、影响），可测量高硬度，可直接读数，操作便捷，效率高。 表面洛氏硬度(表面粗糙度影响？)：又叫轻荷洛氏，符号HRN/HRT,前者是金刚石圆锥压头，后者是钢球压头。标尺以15N，30N，45N，15T，30T，45T表示。其中15，30，45表示试验负荷。如HR30N50，HR15T90.测定极薄工件硬化层或镀层.原理与洛氏硬度完全一致，两点重要不同之处在于： 1)表面洛氏硬度以每压入0.001mm作为一度； 2)设备更精密，初始载荷减为3KGF，总载荷分别减为15、30和45KGF，远比洛 氏硬度低. 13 洛氏硬度 附：(全洛氏硬度计) 集洛氏硬度试验机、表面洛氏硬度试验机、塑料洛氏硬度试验机一体的多功能硬度计,可直接进行洛氏硬度测量、表面洛氏硬度测量、塑料洛氏硬度测量，并可以将洛氏硬度值转换为HB、HV、HLD、HK、σb值，曲面修正，对柱面、球面测量结果自动修正。 14 肖氏硬度 一种动载硬度，用规定重量和形状的金刚石冲头，从一定高度自由下落到金属表面，根据冲头回弹的高度来衡量材料硬度的大小，又被称为弹性回跳硬度。 冲头的动能一部分消耗于试样表面的塑性变形，另一部分则以弹性变形方式将能量重新释放开来时，使冲头回跳。硬度与回跳高度成正比，回跳的越高，则硬度越大。 HS=K·h2/h1 h2:回弹高度； h1:初始高度； K：肖氏硬度系数. 以完全淬硬的高碳钢作为标准试样，以回跳的平均高度定为100单位，然后把刻度盘等分为100度，考虑到比钢的硬度值更高的材料试验，从100再向上向外推到140。 肖氏硬度计有目测式（C型、SS型）及表盘自动记录式（D型）两种。肖氏硬度最佳的测量范围为20～90HS，即相当于112HBS（72HRB）开始直到65HRC范围内的各种金属材料的硬度。 15 肖氏硬度 特点： 肖氏硬度计是一种轻便手提式硬度计，操作便捷，结构相对比较简单，测试效率高。非常适合于很多大型冷轧辊及大的冷硬铸铁辊、曲轴等高硬度大零件的硬度测试。 缺点： 误差来源多，测试试验准确性较差，对于弹性系数相当大的材料其试验结果不能相互比较。对于大型零件，因难于保证零件的表面粗糙度和冲头垂直下落，试验误差较大。 附：(肖氏硬度计技术参数) 16 莫氏硬度 一种划痕硬度(最古老方式，以一个固体物被另一固体物擦刻划伤来确定、判别)，它是以材料抵抗划痕的能力作为衡量硬度的依据。莫氏硬度首先由矿物学家和宝石收集、检验师采用，大多数都用在无机非金属材料，特别是矿物。 1822年Mohs首先提出一个半定量概念：以滑石作为1和以金刚石作为10，分成10个等级.莫氏硬度在矿物学及宝石鉴别上仍相当广泛。 莫氏硬度不能很好适用金属，这是因为较硬的金属的莫氏硬度值在4～8之间，不能很好划分细的等级，同时硬度值的测试与刻划端的位向和倾斜角度相关，这些是难以事先确切了解的。 另一类型刻划硬度是应用金刚石触头在一定载荷下刻划被测物体表面。我国现在应用的用锉刀检验硬度的标准实际上也是刻划硬度的方法。 17 理氏硬度 击体反弹速度(Vb)与冲击速度(Va)之比乘以1000.材料越硬，其反弹速度也越大 测试时，具有碳化钨测量头的冲击体借弹簧力打向被测试件表面，冲击后反弹。冲击体上组装有永久磁体，当冲击体通过线圈时，它向前和弹回时均使线圈感应出电压，这些电压值正比于速度，经计算机处理后在显示装置上便显示出理氏硬度值HL。 18 理氏硬度 优点： 1)携带方便，测量头很小，适用于各种大型、重型工件和工件内壁（曲率半径大于30mm的曲面）的硬度检测; 2)操作简单便捷，主观因素造成的误差小； 3)对被测试件表面损伤极小。 缺点： 物理意义不够明确。 19 邵氏硬度 用于确定塑料或橡胶等软性材料的相对硬度。测量的是规定压针在指定压强和时间条件下的针入度。 可拿来识别或指定特殊硬度的塑料，也可作为多批材料的质量控制。 试验方法： 将试样置于硬而平的台面上，把硬度计的压针压入试样内，并保证它与台面平行。每一秒钟读一数（或由试验者决定）。 试样规格： 通常，试样厚度为6.4mm（0.25英寸）。可将几个试样重叠，以达到上述高度，但最好用一个试样。 常见的硬度计有A型(HA)和D型(HD)。A型用于较软材料；D型用于较硬材料。 20 END
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