簡介
金屬材料抵抗硬的物體壓陷表面的能力,稱為硬度。
根據試驗方法和适用範圍不同,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。
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,經規定保持時間後卸除試驗力,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。 測定布氏硬度較準确可靠,但一般HBS隻适用于450N/mm2(MPa)以下的金屬材料,對于較硬的鋼或較薄的闆材不适用。在鋼管标準中,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:120HBS10/1000/30: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(HR) 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)的先後作用下,将壓頭(金鋼廠圓錐體或鋼球)壓入試樣表面,經規定保持時間後,卸除主試驗力,用測量的殘餘壓痕深度增量(e)計算硬度值。其值是個無名數,以符号HR表示,所用标尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9個标尺。其中常用于鋼材硬度試驗的标尺一般為A、B、C,即HRA、HRB、HRC。
硬度值用下式計算: 當用A和C标尺試驗時,HR=100-e 當用B标尺試驗時,HR=130-e 式中e--殘餘壓痕深度增量,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。 上述三個标尺适用範圍如下: 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 洛氏硬度試驗是應用很廣的方法,其中HRC在鋼管标準中使用僅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可适用于測定由極軟到極硬的金屬材料,它彌補了布氏法的不足,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确。
C、維氏硬度(HV) 維氏硬度試驗也是一種壓痕試驗方法,是将一個相對面夾角為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,經規定保持時間後卸除試驗力,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--維氏硬度符号,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,可測硬度值範圍為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。維氏法在鋼管标準中很少用。 HB是用一定的力将一定直徑(2.5、5、10)的鋼球壓向被測材料的表面,然後測量被測材料表面鋼球壓痕的直徑以判斷材料的硬度。 材料的原始狀态和鋼材的退火、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将測頭壓在被測材料的表面,再施以主壓力,然後撤除主壓力,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将測頭改為棱圓椎體,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、滲碳以後的表面硬度,HRC常用于測量淬火後硬度。 2、哈佛大學商學院(Harvard Business School )的縮寫
布氏硬度範圍為8~650HBW。
由于金屬材料有硬有軟,被測工件有厚有薄,有大有小,如果隻采用一種标準的試驗力F和壓頭直徑D,就會出現對某些工件和材料的不适應的現象。
因此,在生産中進行布氏硬度試驗時,要求能使用不同大小的試驗力和壓頭直徑,對于同一種材料采用不同的F和D進行試驗時,能否得到同一的布氏硬度值,關鍵在于壓痕幾何形狀的相似,即可建立F和D的某種選配關系,以保證布氏硬度的不變性。
對于某些金屬材料來說,可以根據布氏硬度值粗略地确定其抗拉強度值。