硬度
$ {$ Z- F' H8 }0 u) _7 Y) D7 T D: b# F 材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。6 B: j" x/ @4 v6 T6 r& I
早在1822年,Friedrich mohs提出用10种矿物来衡量世界上最硬的和最软的物体,这是所谓的摩氏硬度计。按照他们的软硬程度分为十级:
; p1 x3 o9 n# e$ Z3 H: {9 } 1)滑石 2)石膏 3)方解石 4)萤石 5)磷灰石
; r8 o5 ~& J8 T; E 6)正长石 7)石英8)黄玉 9)刚玉 10)金刚石
6 n: h; c5 e$ |2 N8 e9 m 简单记忆方法:滑石方、萤磷长、石英黄玉刚金刚。2 f# ]0 j+ z9 F( u0 e
各级之间硬度的差异不是均等的,等级之间只表示硬度的相对大小。" |. K. B# R0 C+ A0 d
试验钢铁硬度的最普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦,由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低。这种方法称为锉试法这种方法不太科学。用硬度试验机来试验比较准确,是现代试验硬度常用的方法。常用的硬度测定方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等测试方法。
& f! {" K; N& s/ j# k+ F" a 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。
7 L8 z3 C# x: s2 j3 f 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火、正火和调质的钢件,以及铸铁、有色金属、低合金结构钢等毛胚或半成品的硬度。
0 V+ Y: {, |3 u& w D; U% \ 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。, M" Q' e Y) X' p" a. z. y, W x
维氏硬度以HV表示(参照GB/T4340-1999),测量极薄试样。
/ e7 X2 d, {* J3 u- X$ }# D 1.钢材的硬度 :金属硬度(Hardness)的代号为H。按硬度试验方法的不同,
" x; d; M* X6 t6 }$ L& l8 i8 u 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。 / Z7 s( h% P# ]( E
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。 - e! C( f9 r3 Y% ]$ t1 m, w
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)。 . w" c2 q8 k9 G# D
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)。
9 V ^& p# a8 [# ` 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。 # } `7 l0 H! | C: F- N- a
2.HB-布氏硬度:
+ w i' @8 S9 }. I 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。 - q7 T) a2 \8 m
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)。
" O0 `& a7 C2 S$ `5 O3 A! u 3.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: ) S/ x8 s- D" ^! j6 v$ c: n
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)。
1 m: x0 a2 ]3 l; {8 Z( s8 } 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)。
( a }( A z) L+ l6 C 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)。 - G) r$ a5 c0 f: S/ C- I2 K0 R
另外:
; l. F- e: [" `0 N6 @1 F1 h* z 1.HRC含意是洛式硬度C标尺, 0 L1 _2 @: B$ y
2.HRC和HB在生产中的应用都很广泛
, D- i3 u$ i5 f3 H6 u7 Y 3.HRC适用范围HRC20-67,相当于HB225-650
/ w- }7 d5 d% H7 M) E7 z 若硬度高于此范围则用洛式硬度A标尺HRA。
( r4 T- O& P1 T9 V5 {/ m0 [* U2 z 若硬度低于此范围则用洛式硬度B标尺HRB。 ( q3 L3 U6 w/ j- A3 k3 ]
布式硬度上限值HB650,不能高于此值。 + l+ B4 Q2 M% Y% G) R: S8 V
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公斤力。
2 _" S* r6 r2 r6 n 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公斤力。 / B+ v* D5 S# _( N; R+ z
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。
0 \8 o& k/ h* c, {' t* E% g 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。
! e& c, ~ h' k: a% Y 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。) . ~* Z Z, r0 G7 d/ }0 k7 ?4 h
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。 $ W: @' t& r, x/ T
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。
: e9 v7 f0 M0 n9 m$ p4 l 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。
3 m/ `; l( N+ f6 N$ ~- _ 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。
- F5 d6 ]; z6 S3 E3 O- C3 C 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。 1 B `% t- b6 D1 [
实践证明,金属材料的各种硬度值之间,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。 4 b# N% K) J( L0 v0 u0 ]3 |
另外,天然水中的钙美含量也用硬度表示,我国规定的硬度是:1L水中含的钙盐,镁盐折合成CaO和MgO的总量相当于10mgCaO(将MgO也换算成CaO)时,其硬度是1°。
; s& A( ~3 x9 N 水的硬度是水质的重要指标,通常分为五类:% |% o4 m% J; U/ R
很软水 软水 中硬水 硬水 很硬水
; A: F5 s; f' S/ G; D" b 0°~4° 4°~8°8°~16° 16°~30° >30°
3 }" K# e" \* T: T8 e) n/ x7 Y 1.肖氏硬度(HS)=布式硬度(BHN)/10+12 6 V O* g, \ d1 k# H2 h$ T, Q
2.肖式硬度(HS)=洛式硬度(HRC)+15
/ @5 i: Q4 d' f; e6 `* V. \% V* F: S( P 3.洛式硬度(HRC)= 布式硬度(BHN)/10-3# F' b8 u) `5 o5 T- I% S% q y
硬度测定范围:
1 A1 x0 P9 j9 p HS<100 0 v9 |* a) e& K; B4 y6 r
HB<500 5 s% ]: z/ |/ q C: S; m- P& L
HRC<70
0 J) J, o, O$ A/ j+ @) I HV<13002 B9 \ w% l( K% U
HL里氏硬度! E! p2 e9 K8 c/ `- T
里氏硬度是以HL表示,里氏硬度测试技术是由瑞士狄尔马,里伯博士发明的,它是用一定质量的装有碳化钨球头的冲击体,在一定力的作用下冲击试件表面,然后反弹。由于材料硬度不同,撞击后的反弹速度也不同。在冲击装置上安装有永磁材料,当冲击体上下运动时,其外围线圈便感应出与速度成正比的电磁信号,再通过电子线路转换成里氏硬度值。 |