硬度8 Y4 `- l' N3 L, T+ T0 Z8 k: \, E
材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。$ d7 w9 c: s9 c: T5 v9 @, M0 b
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:
, ^4 l' Q4 c/ B s+ W! j4 i. S 1)滑石 2)石膏 3)方解石 4)萤石 5)磷灰石
" z# c: o0 M7 t1 n% d; e 6)正长石 7)石英8)黄玉 9)刚玉 10)金刚石
( {" { k1 o8 Z0 l, j% {. U 简单记忆方法:滑石方、萤磷长、石英黄玉刚金刚。( i" Q5 P0 J$ y1 }
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。: W+ Q( I9 h6 M
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。
+ \3 T3 |) o; u7 J$ i! g* k 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。
& [4 ~- z9 S7 t4 z( P' o% K( d 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。
4 [ s; n4 _* U$ c3 M2 y* z 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。
& P7 u( M8 V. B- ^! |7 I 维氏硬度以HV表示(参照GB/T4340-1999),测量极薄试样。
3 m% |: d/ e9 O+ D* s1 h5 F 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,
& M1 W: P$ D6 D 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。 : R. `8 ~# ^. k6 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。
* O3 J6 a/ C6 u, B 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)。 , r5 k% I8 c; V; X4 L& |6 g) E$ s
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)。
7 i6 h. l" G+ T. c! ` 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。
2 _0 I% l2 d6 |6 S( S6 J% p4 R 2.HB-布氏硬度: ( j+ ~6 J# W# {' R' ^2 q
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。 4 n2 A& v/ o% G. i7 Y% j( Y: S
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)。 * I! J u' L7 H
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: # z' b# \+ O: t ^
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)。
6 Z- w" p5 C- P7 m0 ^ 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)。
I$ b. I7 F# u, f* z- L 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)。
9 \' T6 J: ~$ P8 G7 g; M 另外:
9 _6 k& N0 r! h6 M2 F* K 1.HRC含意是洛式硬度C标尺,
) T' ]8 o; a2 ~: L& G; T 2.HRC和HB在生产中的应用都很广泛 + I: } ^ \, j& F# a7 }
3.HRC适用范围HRC20-67,相当于HB225-650
* {: R5 [6 S" b, n 若硬度高于此范围则用洛式硬度A标尺HRA。 # S p# \3 D6 ?( k+ i9 ~1 s9 R
若硬度低于此范围则用洛式硬度B标尺HRB。
- k7 P" B/ {6 Y% p% l7 s, w 布式硬度上限值HB650,不能高于此值。
; n+ _+ K" @& z% C$ N0 `- d 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。
7 g" _) x u% \9 Q 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。
# V* [ j% S4 \: T2 q# p \& { 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。
/ e9 t3 d5 V2 B' e 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 }. s) U4 |2 `, f* d5 E' [) u 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。) & y/ [4 Z% N$ l- Y# B
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。 ; M& \2 W; r- A* R' ^
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。
2 E* n- D \ r5 \ 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。 ( J8 {: _# Z. I+ g4 Q
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。 ) j7 ?6 m' f8 a7 e& r4 Y' ~
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。 $ v* T. z- Y |' G" F
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。 m- X/ o9 l9 w0 ?7 t
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°。
+ j5 p+ _ R; S& n9 z; } 水的硬度是水质的重要指标,通常分为五类:8 W0 x' l q2 Z. {$ h
很软水 软水 中硬水 硬水 很硬水
/ @& z, V3 ?2 D" \ 0°~4° 4°~8°8°~16° 16°~30° >30°
3 y/ f- R4 z* Q1 H 1.肖氏硬度(HS)=布式硬度(BHN)/10+12 1 A! V J, v5 x& f
2.肖式硬度(HS)=洛式硬度(HRC)+15 9 i) a" y0 A, t
3.洛式硬度(HRC)= 布式硬度(BHN)/10-3
% T1 b3 h2 V9 `# F8 N" w1 T 硬度测定范围:
# e: l6 @0 L- x6 G4 F" o1 L HS<100
0 P" y: }5 @. ~" R; A HB<500 ! r; k. b* {! F1 C! y
HRC<70
, s! _- G3 ~. ]2 C HV<13006 ~0 p( |6 ]. x& j# F
HL里氏硬度5 B* `( y9 F5 `- P3 y
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。 |