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        技術常識

        金屬材料硬度基礎知識

        來源:時代集團 發布日期:2020-06-09 13:15:19

         

        工作中,常常需要測量各種硬度值,在HB、HRC之間進行轉換,對其中一些數值的基礎知識需要重新梳理下,現將網絡上一些知識進行集合集錦,作為基礎參考資料。

         

        情比金堅不算堅,超越鉆石永流傳!大千世界鬼斧神工,萬千物品軟硬不同。無論微觀世界中八面體、菱形十二面體、立方體、四面體和六八面體等等都是硬度產生的一個物質因素。 目前世界最硬的是由碳元素的同位素碳14所組成的金剛石是最硬的。

         

         如何衡量哪種物品最硬,需要用硬度試驗來確定硬度的高低。 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。 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。由此可見硬度不是一個單純的物理量,而是反映材料的彈性、塑性、強度和韌性等的一種綜合性能指標。

        在鋼鐵行業中,金屬硬度(Hardness)的代號為H。按硬度試驗方法不同, 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。布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA,HRB,HRC)、維氏硬度(HV),其值表示材料表面抵抗堅硬物體壓入的能力。而里氏硬度(HL)、肖氏硬度(HS)則屬于回跳法硬度試驗,其值代表金屬彈性變形功的大小。

         

        1.洛氏硬度

         

         洛氏硬度(Rockwellhardness),這是由洛克威爾(S.P.Rockwell)在1921年提出來的,是使用洛氏硬度計所測定的金屬材料的硬度值。該值沒有單位,只用代號“HR”表示,其測量方法是,在規定的外加載荷下,將鋼球或金剛石壓頭垂直壓入待試材料的表面,產生凹痕,根據載荷解除后的凹痕深度,利用洛氏硬度計算公式HR=(K-H)/C便可以計算出洛氏硬度。洛氏硬度值顯示在硬度計的表盤上,可以直接讀取。洛氏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:

         

        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)。

         

        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)。

         

        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)。

         

        2.布氏硬度

         

        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。

        布氏硬度(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。布氏硬度值是載荷除以壓痕球形表面積所得的商。一般為:以一定的載荷將一定大小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)。測試載荷與測試鋼球的直徑需根據材料的實際性能再確定。

         

        3.維氏硬度


        維氏硬度試驗方法是英國史密斯(R.L.Smith)和塞德蘭德(C.E.Sandland)于1925年提出的。英國的維克斯—阿姆斯特朗(Vickers-Armstrong)公司試制了第一臺以此方法進行試驗的硬度計。和布氏、洛氏硬度試驗相比,維氏硬度試驗測量范圍較寬,從較軟材料到超硬材料,幾乎涵蓋各種材料。

         

        4.里氏硬度

         

        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。

         

        5.肖氏硬度

         

        簡稱HS。表示材料硬度的一種標準。由英國人肖爾(Albert F.Shore)首先提出。

        應用彈性回跳法將撞銷從一定高度落到所試材料的表面上而發生回跳。撞銷是一只具有尖端的小錐,尖端上常鑲有金剛鉆。測試數值為1000x撞銷返回速度/撞銷初始速度(即為碰撞前后的速度比乘以1000)

         

        6.巴氏硬度

         

        巴柯爾(Barcol)硬度(簡稱巴氏硬度), 最早由美國 Barber-Colman公司提出,是近代國際上廣泛采用的一種硬度門類, 一定形狀的硬鋼壓針,在標準彈簧試驗力作用下,壓入試樣表面,用壓針的壓入深度確定材料硬度,定義每壓入0.0076mm為一個巴氏硬度單位。巴氏硬度單位表示為HBa。

         

        7.努氏硬度

         

        努氏硬度是作為絕對數值而測得的硬度,主要在加工方面使用該數值。一般來說,金剛石的努氏硬度為7000~8000千克/平方毫米

         

        8.韋氏硬度

         

        一定形狀的硬鋼壓針,在標準彈簧試驗力作用下壓入試樣表面,用壓針的壓入深度確定材料硬度,定義0.01mm的壓入深度為一個韋氏硬度單位。韋氏硬度單位表示為HW。

         

         

         

        三種測試方法的應用范圍:

         

        HRC含意是洛式硬度C標尺,HRC和HB在生產中的應用都很廣泛HRC適用范圍HRC 20--67,相當于HB225--650,若硬度高于此范圍則用洛式硬度A標尺HRA,若硬度低于此范圍則用洛式硬度B標尺HRB。布式硬度上限值HB650,不能高于此值,在一定條件下,HB與HRC可以查表互換。

         

        洛氏硬度:工業生產中最常用,適用于硬度較高的金屬材料,如淬火鋼及調質鋼 ;洛氏硬度試驗采用三種試驗力,三種壓頭,它們共有9種組合,對應于洛氏硬度的9個標尺。這9個標尺的應用涵蓋了幾乎所有常用的金屬材料。洛氏硬度沒有單位,是一個無綱量的力學性能指標,其最常用的硬度標尺有A、B、C三種,通常記作HRA、HRB、HRC,其表示方法為硬度數據+硬度符號,如40HRC。

        維氏硬度:由于試驗時加載的壓力小,壓入深度淺,對工件損傷小。特別適用于測量零件的表面淬硬層及經過表面化學處理的硬度,精度比布氏、洛氏硬度精確。但是維氏硬度的試驗操作較麻煩,一般在生產上很少使用,多用于實驗室及科研方面。比如滲碳、滲氮、碳氮共滲、電鍍層等的硬度。

         

        布氏硬度:一般情況下,硬度低的習慣于用布氏硬度,比如進行退火、正火、軋制后空冷、淬火+高溫回火等鋼材。

         

         

         

        維氏轉換成洛氏的公式HRC=100-37353/(HV+200)

        1.蕭氏硬度(HS)=勃式硬度(BHN)/10+12

        2.蕭式硬度(HS)=洛式硬度(HRC)+15

        3.勃式硬度(BHN)= 洛克式硬度(H)

        4.洛式硬度(HRC)= 勃式硬度(BHN)/10-3

         

        (來源:網絡)

         

         

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