更新时间:2023-12-28 12:20
洛氏硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度值的指标,以0.002毫米作为一个硬度单位。在洛氏硬度试验中采用不同的压头和不同的试验力,会产生不同的组合,对应于洛氏硬度不同的标尺。常用的有3个标尺,其应用涵盖了几乎所有常用的金属材料。
表面洛氏硬度试验采用三种试验力,两种压头,它们有6种组合,对应于表面洛氏硬度的6个标尺。表面洛氏硬度试验是对洛氏硬度试验的一种补充,在采用洛氏硬度试验时,当遇到材料较薄,试样较小,表面硬化层较浅或测试表面镀覆层时,就应改用表面洛氏硬度试验。这时采用与洛氏硬度试验相同的压头,采用只有洛氏硬度试验几分之一大小的试验力,就可以在上述试样上得到有效的硬度试验结果。表面洛氏硬度的N标尺适用于类似洛氏硬度的HRC、HRA和HRD测试的材料;T标尺适用于类似洛氏硬度的HRB、HRF和HRG测试的材料。
实践证明,金属材料的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。但各种材料的换算关系并不一致。
有一些标尺(如含N、T、W、X、Y的标尺)是对洛氏硬度试验的补充,由表面洛氏硬度试验得出。因为在采用洛氏硬度试验时,当遇到材料较薄,试样较小,表面硬化层较浅或测试表面镀覆层等情况时,就应改用表面洛氏硬度试验。
之所以分出这么多种标尺,是因为在标尺的使用中,越靠近上下限就越不准。
HRC标尺的使用范围是20~70HRC,当硬度值小于20HRC时,因为压头的圆锥部分压入太多,灵敏度下降,这时应改用HRB标尺。尽管HRC标尺的上限值为70HRC,但是当试样硬度大于67HRC时,压头尖端承受的压力过大,金刚石容易损坏,压头寿命会大大缩短,所以在测量偏HRC标尺上限的硬度时,应使用HRA标尺,因为HRA的上限范围同HRC相当,但试验力要小很多。
HRA标尺的使用范围是20-88HRA,由美国标准ASTM E140可以获得以下换算关系:27HRA≈30HRB;60HRA≈100HRB≈20HRC;85.6HRA≈68HRC;可见,在同等数值的情况下,对应标尺的硬度由高到低为C、A、B,但HRA标尺的测试范围广,基本包含了HRB和HRC,涵盖了从软钢(HRB)、硬钢(HRC)到硬质合金的硬度范围。但事实上,HRA标尺很少用于测试软钢,主要用于测试薄硬钢板、深层渗碳钢和硬质合金。在硬质合金方面,由于技术进步,有些材料硬度已达到93-94HRA,材料硬度超出HRA的测量范围上限已成为惯例。依借于HRA标尺测试范围广的特性,在使用洛氏硬度计测试钢试样时,如果不知试样是软钢还是硬钢,可先用HRA标尺试测一下,当硬度值小于60HRA时可改用HRB标尺,当硬度值大于60HRA时可改用HRC标尺。
HRB标尺的使用范围是20~100HRB,当硬度值低于20HRB时,由于钢球的压入深度过大,金属蠕变加剧,试样在试验力作用下的变形时间延长,测试值准确度降低,此时应改用HRF标尺。当硬度值大于100HRB时,因为钢球压入深度过浅,灵敏度降低,精度下降,此时应改用HRC标尺。在使用HRB标尺测试钢试样时,一个特别值得注意的地方是:当预先不知道试样是软钢还是硬钢时,决不可使用HRB标尺做测试,因为用钢球压头误测了淬火钢,钢球就可能会变形,钢球压头就会损坏,这是钢球压头损坏的主要原因。遇到这种情况时应先用金刚石压头,用HRA标尺测试一下,再决定是用HRB还是用HRC。
HRF标尺的使用范围是60~100HRF。HRF标尺是国外使用较多的一个标尺,它是测试纯铜和较软的铜合金材料很好的检测手段。但是在中国,也存在标准硬度块短缺的问题,它的应用也受到了限制。
HRG标尺适用于HRB值接近100的材料,对于铍青铜、磷青铜、可锻铸铁这些硬度范围介于HRB标尺的高端和HRC标尺低端的材料,如果改用HRG标尺,就可以大大改善测试的灵敏度,提高测试精度。
钢材的硬度:金属硬度(Hardness)的代号为H。
●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。
●HB应用范围较广,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。HRC适用于表面高硬度材料。HRC适用范围HRC 20-67,相当于HB225-650。两者的原理区别在于:布氏硬度以压痕直径来衡量硬度,而洛氏硬度(HR)以压痕深度来衡量硬度。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。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。
●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,用材料压痕凹坑的载荷除以表面积,即为维氏硬度值(HV)。
●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),所以撞击响声以通透为好。
●最常用的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。
洛氏硬度计和表面洛氏硬度计的标尺(即不同的压头和试验力组合)通常按材料种类、试样厚度和硬度范围三方面的因素来选择,具体选择方法叙述如下:
按材料种类选择
A标尺多用于测量碳化钨、硬质合金、表面硬化零件等等的硬度;
B标尺多用于测量有色金属、合金及退火钢等低硬度的零件的硬度;
C标尺多用于测量碳钢、工具钢及合金钢等经淬火、回火处理的试样的硬度。
按材料选择并不是一种严格的做法。因为每一种材料随着其所采用的不同的热处理工艺,其最终硬度不可能相同,因此所适应的硬度标尺也不会相同。
按样品的硬度范围选择
1:样品硬度与材料成分及热处理工艺的关系:在相同的热处理工艺下,材料的含碳量越高,材料的硬度也越高。对应于相同的材料,由工艺引起的硬度高低是:淬火、正火、退火。
2:各种洛氏硬度标尺的适应范围。每种洛氏硬度标尺都有一个可用范围,这一点很容易从硬度计刻度盘上的分度来确定。
不同洛氏硬度标尺(不包括表面洛氏硬度标尺)的使用范围如下:
按厚度或硬化层深度
洛氏硬度试验对样品试样有要求,其厚度不能小于残余压痕深度的10倍,试样背面不能出现明显的变形痕迹。由此样品的厚度决定了载荷的选择,载荷必须保证其所引起的变形小于样品的最小厚度。对于每一种硬度试验,都存在最小可测量厚度。