硬度
4 z8 y) ~" w# z 材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度。
7 P6 Y- x" y# f) i: G9 n2 U 早在1822年,Friedrich mohs提出用10種礦物來衡量世界上最硬的和最軟的物體,這是所謂的摩氏硬度計。按照他們的軟硬程度分為十級:
: l6 x/ v! K; _: p2 l @( v 1)滑石 2)石膏 3)方解石 4)螢石 5)磷灰石
3 S5 y# s$ A- Z5 P4 h 6)正長石 7)石英8)黃玉 9)剛玉 10)金剛石
% c! b2 z- J8 Z/ ]4 d/ v 簡單記憶方法:滑石方、螢磷長、石英黃玉剛金剛。
/ p w+ w6 J5 \; I' S7 a& v 各級之間硬度的差異不是均等的,等級之間只表示硬度的相對大小。
7 C9 H* C, d! E9 @ 試驗鋼鐵硬度的最普通方法是用銼刀在工件邊緣上銼擦,由其表面所呈現的擦痕深淺以判定其硬度的高低。這種方法稱為銼試法這種方法不太科學。用硬度試驗機來試驗比較準確,是現代試驗硬度常用的方法。常用的硬度測定方法有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等測試方法。
5 S/ \2 ~; h8 Z, m, Q4 R8 m' |# c) r! g) W 硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一項重要的性能指標,它既可理解為是材料抵抗彈性變形、塑性變形或破壞的能力,也可表述為材料抵抗殘余變形和反破壞的能力。硬度不是一個簡單的物理概念,而是材料彈性、塑性、強度和韌性等力學性能的綜合指標。硬度試驗根據其測試方法的不同可分為靜壓法(如布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等)、劃痕法(如莫氏硬度)、回跳法(如肖氏硬度)及顯微硬度、高溫硬度等多種方法。4 X; g2 D. u# ?
布氏硬度以HB[N(kgf/mm2)]表示(HBS\HBW)(參照GB/T231-1984),生產中常用布氏硬度法測定經退火、正火和調質的鋼件,以及鑄鐵、有色金屬、低合金結構鋼等毛胚或半成品的硬度。/ O& m6 v1 i2 T: k) ~# h: a
洛氏硬度可分為HRA、HRB、HRC、HRD四種,它們的測量范圍和應用范圍也不同。一般生產中HRC用得最多。壓痕較小,可測較薄得材料和硬得材料和成品件得硬度。
1 r2 `) D2 @/ Z, l* \ 維氏硬度以HV表示(參照GB/T4340-1999),測量極薄試樣。
, P4 l5 q5 T1 h. E% B8 D 1.鋼材的硬度 :金屬硬度(Hardness)的代號為H。按硬度試驗方法的不同, - k5 N& s6 x; Y9 k5 C& \, w
常規表示有布氏(HB)、洛氏(HRC)、維氏(HV)、里氏(HL)硬度等,其中以HB及HRC較為常用。 1 u* M' v# S2 Q6 @
HB應用范圍較廣,HRC適用于表面高硬度材料,如熱處理硬度等。兩者區別在于硬度計之測頭不同,布氏硬度計之測頭為鋼球,而洛氏硬度計之測頭為金剛石。 . {3 v2 V, [- |: Q4 l
HV-適用于顯微鏡分析。維氏硬度(HV) 以120kg以內的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面,用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值,即為維氏硬度值(HV)。 % @$ Q) y% s/ R6 f8 Q
HL手提式硬度計,測量方便,利用沖擊球頭沖擊硬度表面后,產生彈跳;利用沖頭在距試樣表面1mm處的回彈速度與沖擊速度的比值計算硬度,公式:里氏硬度HL=1000×VB(回彈速度)/ VA(沖擊速度)。 ! y ~8 h b9 m1 X1 t
便攜式里氏硬度計用里氏(HL)測量后可以轉化為:布氏(HB)、洛氏(HRC)、維氏(HV)、肖氏(HS)硬度?;蛴美锸显碇苯佑貌际希℉B)、洛氏(HRC)、維氏(HV)、里氏(HL)、肖氏(HS)測量硬度值。
( I6 m- g# }5 Q' L 2.HB-布氏硬度: $ B: q& ]% r6 K/ ?1 e1 c' E
布氏硬度(HB)一般用于材料較軟的時候,如有色金屬、熱處理之前或退火后的鋼鐵。洛氏硬度(HRC)一般用于硬度較高的材料,如熱處理后的硬度等等。 3 Q8 i: y' [" n& ?8 T4 w
布式硬度(HB)是以一定大小的試驗載荷,將一定直徑的淬硬鋼球或硬質合金球壓入被測金屬表面,保持規定時間,然后卸荷,測量被測表面壓痕直徑。布式硬度值是載荷除以壓痕球形表面積所得的商。一般為:以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面,保持一段時間,去載后,負荷與其壓痕面積之比值,即為布氏硬度值(HB),單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。
9 l% d6 u7 h" ]" Y& [3 y o 3.洛式硬度是以壓痕塑性變形深度來確定硬度值指標。以0.002毫米作為一個硬度單位。當HB>450或者試樣過小時,不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球,在一定載荷下壓入被測材料表面,由壓痕的深度求出材料的硬度。根據試驗材料硬度的不同,分三種不同的標度來表示: - ^# H' g8 u0 I9 q' E
HRA:是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度極高的材料(如硬質合金等)。 4 a9 W8 E, ]* @2 s
HRB:是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球,求得的硬度,用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。 1 T$ D2 J9 m% J W! ?, {
HRC:是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。 - V6 E4 k: I& l
另外: 7 X$ }5 U/ P# u9 p
1.HRC含意是洛式硬度C標尺,
7 n, g* B e# T6 Z: Y$ S' k V' l 2.HRC和HB在生產中的應用都很廣泛 $ g; x* x( E% i! M; ]! t4 _0 V
3.HRC適用范圍HRC20-67,相當于HB225-650
/ q: r# @' S- r _6 W; `* g 若硬度高于此范圍則用洛式硬度A標尺HRA。
2 {5 M0 M6 ]. S: X% I9 p. M; x1 v* N 若硬度低于此范圍則用洛式硬度B標尺HRB。
' Z. P( a& G7 S) d- G% C( a 布式硬度上限值HB650,不能高于此值。
" N* e# ?! A0 I8 O# Y9 d 4.洛氏硬度計C標尺之壓頭為頂角120度的金剛石圓錐,試驗載荷為一確定值,中國標準是150公斤力。
' A& N$ v4 G2 S) }4 [ 布氏硬度計之壓頭為淬硬鋼球(HBS)或硬質合金球(HBW),試驗載荷隨球直徑不同而不同,從3000到31.25公斤力。
+ }; N& f7 I# `4 v 5.洛式硬度壓痕很小,測量值有局部性,須測數點求平均值,適用成品和薄片,歸于無損檢測一類。
! Y) F4 \% _2 Y2 c1 t 布式硬度壓痕較大,測量值準,不適用成品和薄片,一般不歸于無損檢測一類。
$ S: Z8 o9 U7 @! J% `2 _ 6.洛式硬度的硬度值是一無名數,沒有單位。(因此習慣稱洛式硬度為多少度是不正確的。) + b2 Y Y4 n" W3 E% h2 l4 e
布式硬度的硬度值有單位,且和抗拉強度有一定的近似關系。
- ]$ w' Q; o; D5 g 7.洛式硬度直接在表盤上顯示、也可以數字顯示,操作方便,快捷直觀,適用于大量生產中。
0 D. C1 X8 ^' r# U3 ~ 布式硬度需要用顯微鏡測量壓痕直徑,然后查表或計算,操作較繁瑣。 , h+ ~" k8 ]' l) W1 O
8.在一定條件下,HB與HRC可以查表互換。其心算公式可大概記為:1HRC≈1/10HB。
7 n% M* _6 b" S+ W+ W$ p: ]' Y 硬度試驗是機械性能試驗中最簡單易行的一種試驗方法。為了能用硬度試驗代替某些機械性能試驗,生產上需要一個比較準確的硬度和強度的換算關系。
& |3 B/ i1 I! O: v 實踐證明,金屬材料的各種硬度值之間,硬度值與強度值之間具有近似的相應關系。因為硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續塑性變形抗力決定的,材料的強度越高,塑性變形抗力越高,硬度值也就越高。
. s7 i& V- P" Q6 s. d7 P0 ~' r& m 另外,天然水中的鈣美含量也用硬度表示,我國規定的硬度是:1L水中含的鈣鹽,鎂鹽折合成CaO和MgO的總量相當于10mgCaO(將MgO也換算成CaO)時,其硬度是1°。) B* a/ v0 Q$ w4 c
水的硬度是水質的重要指標,通常分為五類:
7 r3 D# m0 y1 g8 O7 Y6 ] 很軟水 軟水 中硬水 硬水 很硬水1 G5 p' I& L# j6 W
0°~4° 4°~8°8°~16° 16°~30° >30°5 |9 R$ Z; Y' d5 b; {8 y$ S
1.肖氏硬度(HS)=布式硬度(BHN)/10+12
1 E0 F* f6 N% O/ P1 R8 r3 k 2.肖式硬度(HS)=洛式硬度(HRC)+15
, h# _- b( V' {3 u 3.洛式硬度(HRC)= 布式硬度(BHN)/10-39 }0 p2 ?" A) F( M
硬度測定范圍:; |$ _; S6 ^7 T: F0 o
HS<100
1 k0 d2 Z3 x. M HB<500
6 j' [* j x0 M0 H n7 X. @* e HRC<70
, n" T' j5 \ b& Y: g1 O. J. u$ J HV<1300
' s/ F; E6 Q$ b- W; |1 H HL里氏硬度( W7 Q5 X3 s, W! N# ^6 E
里氏硬度是以HL表示,里氏硬度測試技術是由瑞士狄爾馬,里伯博士發明的,它是用一定質量的裝有碳化鎢球頭的沖擊體,在一定力的作用下沖擊試件表面,然后反彈。由于材料硬度不同,撞擊后的反彈速度也不同。在沖擊裝置上安裝有永磁材料,當沖擊體上下運動時,其外圍線圈便感應出與速度成正比的電磁信號,再通過電子線路轉換成里氏硬度值。 |