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怎么檢測材料的硬度?


硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是材料的重要性能指標之一。

那么,一般都有哪些硬度測試項目呢?
(1)洛氏硬度(HR)
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(jù)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)。

洛氏硬度試驗條件

洛氏硬度標尺

壓頭類型

初始試驗力(N)

主試驗力F1(N)

總試驗力F(N)

洛氏硬度范圍

HRA

金鋼石圓錐

98.07

490.03

588.4

20~88HRA

HRB

1.5875鋼球

98.07

882.6

980.7

20~100HRB

HRC

金鋼石圓錐

98.07

1373

1471

20~70HRC


(2)布氏硬度(HB)
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(guī)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(jù)材料的實際性能再確定。

(3)維氏硬度(HV)
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。
維氏硬度的測定原理基本上和布氏硬度相同,也是根據(jù)壓痕單位面積上的載荷來計算硬度值。所不同的是維氏硬度試驗的壓頭是金剛石的正四棱錐體。試驗時,在一定載荷的作用下,試樣表面上壓出一個四方錐形的壓痕,測量壓痕對角線長度,借以計算壓痕的表面積,載荷除以表面積的數(shù)值就是試樣的硬度值,用符號HV表示。

(4)努氏硬度(HK)
將頂部兩相對面具有規(guī)定角度的菱形棱椎體金剛石壓頭用試驗力壓入試樣表面,經規(guī)定保持時間后卸除試驗力,測量試樣表面痕長對角線的長度。
努氏硬度是作為絕對數(shù)值而測得的硬度,主要在加工方面使用該數(shù)值。一般來說,金剛石的努氏硬度為7000~8000千克/平方毫米。

硬度檢測種類

類型
用途
HRA 用于量測熱處理硬質鋼材、氮化物、滲碳冶煉物、軸承鋼、工具鋼及其它軟硬材質的硬度測試
HK 用于量測較軟材質的鋼及非鐵材料之硬度
HRC 用于量測熱處理鋼材、氮化物、滲碳冶煉物、軸承鋼、工具鋼等
HRB 用于量測較軟材質的鋼及非鐵材料之硬度
HR30T 用于量測較軟材質的鋼及非鐵材料之硬度
HB5 用于量測鋁、軟質鋁合金、鑄鐵、銅、黃銅等
HB30 用于熱處理鋼、退火深冷處理鋼材、沖拉材料鋼、深沖鋼帶料等
HV 適用于量測各類材料
R 用于熱處理鋼、退火深冷處理鋼材、沖拉材料鋼、深沖鋼帶料等
HR15N 用于量測熱處理硬質鋼材、氮化物、滲碳冶煉物、軸承鋼、工具鋼等


(5)里氏硬度(HL)
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(fā)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。
便攜式里氏硬度計用里氏(HL)測量后可以轉化為:布氏(HB)、洛氏(HRC)、維氏(HV)、肖氏(HS)硬度。或用里氏原理直接用布氏(HB)、洛氏(HRC)、維氏(HV)、里氏(HL)、肖氏(HS)測量硬度值。
里氏硬度度有D、DC、D+15、C、G、E、DL七種:

類型 外形尺寸 重量 用途
D f20×70mm 75g 通用型,用于大部分硬度測量
DC f20×86mm 50g 沖擊裝置很短,主要用于非常局促的地方,例如孔或圓筒內
D+15 f20×162mm 80g 頭部細小,用于溝槽或凹入的表面硬度測量
C f20×141mm 75g 沖擊能量最小,用于測小輕、薄部件及表面硬化層
G f30×254mm 250g 沖擊能量大,對測量表面要求低。用于大、厚重及表面較粗糙的鍛鑄件
E f20×162mm 80g 壓頭為人造金剛石,用于硬度極高材料的測定
DL f20×202mm 80g 頭部更加細小,用于狹窄溝槽及齒輪面硬度的測定


(6)肖氏硬度( HS)
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(fā)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(shù)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)

(7)巴氏硬度(HBa)
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。

(8)韋氏硬度(HW)
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。

(9)邵氏硬度(SHORE)
便攜式(橡膠/塑料制品)硬度測試。邵氏硬度是用具有一定形狀的鋼制壓針,在試驗力作用下垂直壓入試樣表面。當壓足表面與試樣表面完全貼合時。壓針尖端面相對壓足平面有一定的伸出長度(即壓針扎進被測物的深度),以該長度值的大小來表示邵氏硬度的大小。壓針與線性測量設備相連,測量的壓痕深度值隨之通過機械或電子系統(tǒng)轉換為邵氏硬度值。壓痕越深,材料越軟。
邵氏硬度 :具有一定形狀的鋼針,在試驗力作用下垂直壓入試樣表面,當壓足表面與試樣表面完全貼合時,壓針尖端面相對壓足平面有一定的伸出長度L,以L值的大小來表示邵氏硬度的大小,L值越大,表示邵氏硬度越低,反之越高。
計算公式為: HA=100- L/0.025 ;HD=100- L/0.025;HC=100- L/0.025  
1)HSA常用于檢測軟質塑料橡膠
2)HSD常用于檢測硬質塑料橡膠
 3)HSC常用于檢測泡沫和海綿等軟性材料。 
HSA 測量值大于90的時候應該轉為HSD進行檢測, HSD 測量值小于20的時候應該轉為HSA進行檢測。

(10)IRHD(國際橡膠硬度)
根據(jù)球壓頭壓入被測材料的深度,來測量彈性材料或橡膠抵抗壓頭壓入的性能。在1、2.5或5mm球壓頭上施加一個初始接觸力,將壓入深度設置為零。然后增加力值到指定的總負荷,這時測量材料壓入的深度值。IRHD值與壓頭壓入的深度有關系。該測量方法通常被應用于測試較小的部件和O型環(huán)。

(11)鉛筆硬度
用于測量塑件或鐵件烤漆表面的鉛筆硬度,測量塑件表面的鉛筆硬度,測量薄膜表面的鉛筆硬度。

(12)莫氏硬度(HM)
是表示礦物硬度的一種標準。1812年由德國礦物學家腓特烈·摩斯(Frederich Mohs)首先提出。是在礦物學或寶石學中使用的標準。
用測得的劃痕的深度分十級來表示硬度(刻劃法):
滑石1(硬度最?。?,石膏2,方解石3,螢石4,磷灰石5,正長石6,石英7,黃玉8,剛玉9,金剛石10。

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