硬度基本知识

0-0

：未加载荷，压头未接触试件时的位置。

1-1

：

压头在预载荷

P

0

(98.1N)

作用下压 入试件深度为

h

0

时的位置。

h

0

包括预载所相起的

弹形变形和塑性变形。

2-2

：加主 载荷

P

1

后，压头在总载荷

0

+ P

1

的作用下压入试件的位置。

3-3

：

去除主载荷

P

1

后但仍保留预载荷

P

时压头的位置，

压头压入试样的深度为

h

1

。

由

于

P

1

所产生的弹性变形被 消除，所以压头位置提高了

h

，此时压头受主载荷作用实际压入

的浓度为

h= h

1

- h

0

。实际代表主载

P

1

造成的塑性变形深 度。

h

值越大，说明试件越软，

h

值越小，说明试件越硬。为了适应人们习惯上数值越大硬

度越高的概念，人为规定，用一常数

K

减去压痕 深度

h

的数值来表示硬度的高低。并规定

0.002mm

为一个洛氏硬度单位，用符号

HR

(14-1)

此值为无量纲数。测量时可直接在表盘上读出。 表盘上有红、黑两种刻度，红色的

30

和黑色的

0

相重合。

使用金刚石圆锥 压头时，常数

K

为

0.2mm

，硬度值由黑色表盘表示，此时

(14-2)

使用钢球

压头时，常数

K

为

0.26mm

，硬度值由红色表盘表示，此时

(14-3)

洛氏硬度计的压头共有

5

种，其中最常用的有两种：一种是顶角为

120°

压头，

用来测试高硬度的材料；

另一种是直径为

料的硬度。对于特别软的材料，有时还使用直径为< /p>

的淬火钢球，

用来测软材

、

、

的钢球作压头，不过这几种比较少用。

为了扩大洛氏硬度的测量范围，

可用不同的压头和不同的总载荷配成不同 标度的洛氏硬

度。洛氏硬度共有

15

种 标度供选择，它们分别为：

HRA

，

H RB

，

HRC

，

HRD

，

HRE

，

< br>HRF

，

HRG

，

HRH

，

HRK

，

HRL

，

HRM

，

HRP

，

HRR

，

HRS

，

HRV

。其中常用的几种标度列表如

下：

表

14-1

各种洛氏硬度值的符号及应用

总载荷

表盘上

常用硬

度

标度符

号

压头

应用举

例

N(kg)

刻度颜

色

值范围

HRA

HRB

HRC

HRD

HRE

HRF

HRG

金刚石

圆锥

1.588mm

钢球

金刚石

圆锥

金刚石

圆锥

3.175mm

钢球

1.588mm

钢球

1.588mm

钢球

588.6(60)

981(100)

1471.5(150)

981(100)

981(100)

588.6(60)

1471.5(150)

黑色

红色

黑色

黑色

红色

红色

红色

70~85

25~100

20~67

40~77

70~100

40~100

31~94

碳化物

、

硬

质合

金、

表

面淬

火

钢等

软钢、

退火

钢、

铜合

金

淬火钢

、调

质钢

等

薄钢板

、

中等

厚度

的表< /p>

面硬

化

工件

< /p>

铸铁、

铝、

镁合

金、

轴承

合金

薄板软

钢、

退火

铜合

金

磷青铜

、铍

青铜

HRH

3.175mm

钢球

588.6(60)

红色

铝、锌

、铅

二、洛氏硬度计的构造

图< /p>

14-2

表示了

洛氏硬度计的机构构造原 理，其他静力载荷测定法的硬度计的构造原理基本与此相同。

图

14-3

为硬度计的外形图。

图

14-2

洛氏硬度计机构示意图

图

14-3

硬度计外形图

①

-

压头

②

-

载荷法码

③

--

主杠杆

④

-

测量杠杆

①

--

读数 百分表

②

--

装压脑处

⑤

-

表盘

⑥

-

缓冲装置

⑦

--

载物台

⑧

-

升降丝杠

③

-

载物台

④

--

升降 丝杠手轮

⑤

--

加载手轮

⑥

--

卸载手轮

14.2

布氏硬度测试法

一、布氏硬度的测量原理

选择一事实 上的载荷

P

，

把直径为

D

的淬火钢球压入试件表面并保持一定时间，

然后卸< /p>

去载荷，测量钢球在试样表面压出的压痕直径

d

< br>，计算出压痕面积，算出载荷

P

与压痕面积

的比值，这个比值所表示的硬度就是布氏硬度，用符号

HB

< br>表示。布氏硬度的测量原理如图

11-4

所示。设压痕的 深度为

h

，则压痕的球冠面积为：

图

14-4

布氏硬度计试验原理示意图

(14-4)

式中：

P

——测试用的载荷

(kg)

；

D

——压 头钢球的直径

(mm)

；

d

——压 痕直径

(mm)

；

F

——压 痕面积

(mm

2

)

。

布氏硬度的单位为

kg/mm

2

，这是目前各国文献中常用的单位，通常只给出数值而不写< /p>

单位，如

HB200

，若要换算成国际单 位

MPa

，需要将硬度值乘以

9.81

。

布氏硬度的压头钢球直径有

Φ2.5mm

，

Φ5mm

，

Φ10mm

三种，载荷有

15. 6kg

、

62.5kg

、

182.5kg

、

250kg

、

750kg

、

1000kg

、

3000kg

七种。可根据材料的软硬不同 选择配合使用。为

了在不同直径的压头和不同载荷下进行测试时，

同一种材料的布氏硬度值相同。

压头的直径

与载荷之间要满足 相似原理。相似原理是指在均质材料中，只要压入角

φ(

即从压 头圆心压

痕两端的连线之间的夹角

)

不 变，则不论压痕大小，金属的平均抗力相等。如

图

14-5

所示。

德国的迈耶尔

(Mayer)

通过试验得出重要经验关系。当

d/D>0.1

时，压痕直径

d

与载荷的关

系为：< /p>

(14-5)

这个公式称为迈耶尔 定律。

戒

a

和

n

均为常数。

他还得出如下的结论：

当 使用的压头直径不

同时，指数

n

几乎与

D

无关，而常数

a

则随

D

值的增大而减小，且：

图

14-5

不同直经的钢球压头产生在几何上相似的压头

对每种材料，

A

为常数，并与

D

无关。由上式得 ：

代入

(14-5)

，得

(14-6)

(14-7)

(14-8)

2

此式说明，在进行布 氏硬度测试时，只要使

P/D

为一常数，就可以使压入角

φ

保持不变，

从而保持了几何形状相似的压痕 。

所以在布氏硬度测量中只要满足

P /D

2

为常数，

则同一材料测得的布氏 硬度值是相同的。

不同材料测得的布氏硬度值也可以进行比较。

P/D

2

的数值不是随便规定的，各种材料软硬

相差很大。如果只规定一个

P/D

2

< br>的值，对于较硬的材料，压入角会太小；对于较软的材料，

压入角又会很大。若压 入角太小，压痕就小，测量误差就会很大。当入压角较大但小于

90°

< br>时，压痕直径随压入深度增加有较大变化，有利于测量。但当压入角大小

90°< /p>

时，随压入深

度的增加，压痕变化较小。为了提高测量精度，通常 使

0.25

，与此对应的压入角

29°<φ<60°

，这样就需不同的材料使用不同的

P/D

2

值。国家标准规定

P/D< /p>

2

的比值为

30

、

10

、

25

三种。在测量中对较软的材料因塑性变形较大，施加载荷应小一些。

< br>布氏硬度仪的试验规范列表表

14-2

中。

二、布氏硬度的测试步骤

布氏硬度计使用的步骤如下：

1

．根据试件材料选择合适的压头和载荷。

2

．加预载。

3

．加主载并保持一定的时间。

4

．卸载。

5

．将试样取下，用带刻度的低倍放大镜测压痕直径

d