硬度

nl840817 · 發表于 2010-10-19 08:59:22

金屬材料抵抗硬的物體壓陷表面的能力，稱為硬度。根據試驗方法和適用范圍不同，硬度又可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度、顯微硬度和高溫硬度等。對于管材一般常用的有布氏、洛氏、維氏硬度三種。
A、布氏硬度（HB）
用一定直徑的鋼球或硬質合金球，以規定的試驗力（F）壓入式樣表面，經規定保持時間后卸除試驗力，測量試樣表面的壓痕直徑（L）。布氏硬度值是以試驗力除以壓痕球形表面積所得的商。以HBS（鋼球）表示，單位為N/mm2(MPa)。
其計算公式為：
式中：F--壓入金屬試樣表面的試驗力，N；
D--試驗用鋼球直徑，mm；
d--壓痕平均直徑，mm。
測定布氏硬度較準確可靠，但一般HBS只適用于450N/mm2（MPa）以下的金屬材料，對于較硬的鋼或較薄的板材不適用。在鋼管標準中，布氏硬度用途最廣，往往以壓痕直徑d來表示該材料的硬度，既直觀，又方便。
舉例：120HBS10/1000130：表示用直徑10mm鋼球在1000Kgf（9.807KN）試驗力作用下，保持30s（秒）測得的布氏硬度值為120N/ mm2（MPa）。
B、洛氏硬度（HK）
洛氏硬度試驗同布氏硬度試驗一樣，都是壓痕試驗方法。不同的是，它是測量壓痕的深度。即，在初邕試驗力（Fo）及總試驗力（F）的先后作用下，將壓頭（金鋼廠圓錐體或鋼球）壓入試樣表面，經規定保持時間后，卸除主試驗力，用測量的殘余壓痕深度增量（e）計算硬度值。其值是個無名數，以符號HR表示，所用標尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9個標尺。其中常用于鋼材硬度試驗的標尺一般為A、B、C，即HRA、HRB、HRC。
硬度值用下式計算：
當用A和C標尺試驗時，HR=100-e
當用B標尺試驗時，HR=130-e
式中e--殘余壓痕深度增量，其什系以規定單位0.002mm表示，即當壓頭軸向位移一個單位（0.002mm）時，即相當于洛氏硬度變化一個數。e值愈大，金屬的硬度愈低，反之則硬度愈高。
上述三個標尺適用范圍如下：
HRA（金剛石圓錐壓頭）20-88
HRC（金剛石圓錐壓頭）20-70
HRB（直徑1.588mm鋼球壓頭）20-100
洛氏硬度試驗是目前應用很廣的方法，其中HRC在鋼管標準中使用僅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可適用于測定由極軟到極硬的金屬材料，它彌補了布氏法的不是，較布氏法簡便，可直接從硬度機的表盤讀出硬度值。但是，由于其壓痕小，故硬度值不如布氏法準確。
C、維氏硬度（HV）
維氏硬度試驗也是一種壓痕試驗方法，是將一個相對面夾角為1360的正四棱錐體金剛石壓頭以選定的試驗力（F）壓入試驗表面，經規定保持時間后卸除試驗力，測量壓痕兩對角線長度。
維氏硬度值是試驗力除以壓痕表面積所得之商，其計算公式為：
式中：HV--維氏硬度符號，N/mm2(MPa)；
F--試驗力，N；
d--壓痕兩對角線的算術平均值，mm。
維氏硬度采用的試驗力F為5（49.03）、10（98.07）、20（196.1）、30（294.2）、50（490.3）、100（980.7）Kgf(N)等六級，可測硬度值范圍為5～1000HV。
表示方法舉例：640HV30/20表示用30Hgf（294.2N）試驗力保持20S（秒）測定的維氏硬度值為640N/mm2(MPa)。
維氏硬度法可用于測定很薄的金屬材料和表面層硬度。它具有布氏、洛氏法的主要優點，而克服了它們的基本缺點，但不如洛氏法簡便。維氏法在鋼管標準中很少用。
HB是用一定的力將一定直徑（2.5、5、10）的鋼球壓向被測材料的表面，然后測量被測材料表面鋼球壓痕的直徑以判斷材料的硬度。
材料的原始狀態和鋼材的退火、正火或調質常用HB。
HR有A、B 、C3三種。A和C 用120度的金剛石正圓錐體作測頭，B用直徑1.588的鋼球作測頭。測量方法都是先用一個預壓力將測頭壓在被測材料的表面，再施以主壓力，然后撤除主壓力，測量壓入深度判斷材料的硬度。
HV是對HR的一種改良。因120度的正圓錐體不符合金剛石的晶體結構，不易磨好，所以HV將測頭改為棱圓椎體，頂端可以制作得非常精良。測量方法同HR。
HRA和HV用來測量材料經表面熱處理，如氮化、滲碳以后的表面硬度，HRC常用于測量淬火后硬度。

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