硬度值

硬度表示材料抵抗硬物體押入其表面的能力。



它是金屬材料的重要性能指標之一。一般硬度越高,耐磨性越好。


常用的硬度指標有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。



一、維氏硬度(HV)試驗是壓入硬度試驗之一種,其測量值用HV表示。

維氏硬度試驗最初於20世紀20年代初被提出,比起其他硬度試驗其優點有:硬度值與壓頭大小、負荷值無關;無需根據材料軟硬變換壓頭;正方形的壓痕輪廓邊緣清晰,便於測量。維氏硬度被應用於所有金屬,並是應用最廣泛的硬度標準之一。

只要被測材料質地均勻,維氏硬度試驗可以用低負荷和小壓痕得到可靠的硬度值,這樣能減少材料破壞,或用於薄小的試驗材料。這一點上維氏硬度要優於布氏硬度。

另外,在硬度不高(硬度值400以下)的同一均勻材料上,維氏和布氏硬度試驗得出的數值近似。
維氏硬度值的計算公式為:



F = 負荷 (牛頓力)


S = 壓痕表面積 (平方毫米)


α = 壓頭相對面夾角=136°


d = 平均壓痕對角線長度 (毫米)


報告維氏硬度值的標準格式為xHVy。例如440HV30中,440是維氏硬度值,30指的是測量所用的負荷值(單位:千克力)。

二、洛氏硬度(HR)試驗
是簡便、迅速的硬度測試方法。洛氏硬度試驗方法廣泛應用於生產製造、科學研究的各個領域。


洛氏硬度試驗是用標準型壓頭在先後兩次對被試材料表面施加試驗力(初試驗力F0與總試驗力F0 + F1),在試驗力的作用下壓頭壓入試樣表面。在總試驗力保持一定時間後,卸除主試驗力F1,保留初始試驗力F0的情況下測量壓入深度,以總試驗力下壓入深度與在初試驗力下的壓入深度之差(即所謂的殘餘壓入深度)來表徵硬度的高低,殘餘壓入深度值越大,硬度值越低,反之亦然。

洛氏硬度的符號以HR表示。為適應各種不同材料的應用,根據所用的壓頭及試驗力的不同組合區分為洛氏硬度標尺(A、B、C、D、E、F、G、H、K、L、M、P、R、S、V……)。

試驗方法

使用初始試驗力F0將壓頭垂直壓入試樣表面,然後施加主試驗力,使用總試驗力F0+F1壓入並保持一段時間後,撤除主試驗力,保持初始試驗力。施加主試驗力後與施加主試驗力前壓痕深度的差值與材料的洛氏硬度值有著線形關係,在洛氏硬度標尺上每2微米壓痕深度差值代表一個洛氏硬度刻度。

壓頭

金剛石壓頭

鋼球壓頭,直徑1.588毫米或3.175毫米

硬質合金球壓頭

總試驗力

60千克

100千克

150千克
洛氏硬度試驗採用三種試驗力,三種壓頭,它們共有9種組合,對應於洛氏硬度的9個標尺:HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH和HRK。這9個標尺的應用涵蓋了幾乎所有常用的金屬材料。最常用標尺是HRC、HRB和HRF,其中HRC標尺用於測試淬火鋼、回火鋼、調質鋼和部分不鏽鋼。這是金屬加工行業應用最多的硬度試驗方法。HRB標尺用於測試各種退火鋼、正火鋼、軟鋼、部分不鏽鋼及較硬的銅合金。HRF標尺用於測試純銅、較軟的銅合金和硬鋁合金。HRA標尺儘管也可用於大多數黑色金屬,但是實際應用上一般只限於測試硬質合金和薄硬鋼帶材料。


表面洛氏硬度試驗採用三種試驗力,兩種壓頭,它們有6種組合,對應於表面洛氏硬度的6個標尺。表面洛氏硬度試驗是對洛氏硬度試驗的一種補充,在採用洛氏硬度試驗時,當遇到材料較薄,試樣較小,表面硬化層較淺或測試表面鍍覆層時,就應改用表面洛氏硬度試驗。這時採用與洛氏硬度試驗相同的壓頭,採用只有洛氏硬度試驗幾分之一大小的試驗力,就可以在上述試樣上得到有效的硬度試驗結果。表面洛氏硬度的N標尺適用於類似洛氏硬度的HRC、HRA和HRD測試的材料;T標尺適用於類似洛氏硬度的HRB、HRF和HRG測試的材料。

三、布氏硬度(HB)試驗
布氏硬度試驗是壓入硬度試驗之一種,其測量值用HB或BHN表示。

該試驗最初由瑞典工程師 Johan August Brinell(1849年-1925年)於1900年提出。布氏硬度是第一個被廣泛用於工程學及冶金學的標準化硬度試驗。此試驗方法因壓痕較大和對待測材料損傷明顯,應用受到一定限制。

測量方法

布氏硬度試驗一般採用直徑10毫米的球形鋼壓頭,用一定的負荷(試驗力)壓入被測材料表面。常見的試驗力可高達3,000千克力(29千牛頓);對於軟的材料則可用較小的負荷。如果試驗材料很硬,則以碳化鎢球壓頭代替鋼壓頭。保持負荷一定時間後,卸除試驗力,測量材料表面留下的壓痕之直徑。

布氏硬度值的計算公式為:


P = 負荷 (千克力)


D = 壓頭直徑 (毫米)


d = 壓痕直徑 (毫米)

報告布氏硬度值的時候,必須註明試驗條件。使用標準方法記錄的試驗條件如HBW 10/3000中,HBW指使用碳化鎢壓頭(W是鎢的化學符號,使用鋼壓頭的則記為HBS),10指的是用毫米測量的壓頭直徑,3000指的是用千克力測量的負荷。

常見材料的布氏硬度

布氏硬度值 (無特別註明的都是標準試驗條件) 材料 硬度


軟木 1.6 HBS 10/100


硬木 2.6 to 7.0 HBS 1.6 10/100


鋁 15 HB


銅 35 HB


碳鋼 120 HB


18-8 (304) 不鏽鋼 250 HB


玻璃 550 HB


硬質工具鋼 650 - 700 HB






以上資料來源:"維基百科"



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