2018-03-29 10:01:41

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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。

洛氏硬度(HR)测试当被测样品过小或者布氏硬度(HB)大于450时,就改用洛氏硬度计量。试验方法是用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为1.5875mm/3.175mm/ 6.35mm/12.7mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕深度求出材料的硬度。最常用的三种标尺为A、B、C,即HRA、HRB、HRC,要根据实验材料硬度的不同,选用不同硬度范围的标尺来表示:

HRA是采用60Kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度较高的材料。例如:钢材薄板、硬质合金。

HRB 是采用100Kg载荷和直径1.5875mm淬硬的钢球求得的硬度,用于硬度较低的材料。例如:软钢有色金属、退火钢等。

HRC 是采用150Kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度较高的材料。例如:淬火钢铸铁等。

基本信息

  • 材料

    金属材

  • 性质

    技术

折叠 编辑本段 硬度标准

洛氏硬度没有单位,是一个无纲量的力学性能指标,因此习惯称洛式硬度为多少度是不正确的。其最常用的硬度标尺有A、B、C三种,通常记作HRA、HRB、HRC,其表示方法为硬度数据+硬度符号,如50HRC。

洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C为三种不同的标准,称为标尺A、标尺B、标尺C。

洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一,三种标尺的初始压力均为98.07N(合10kgf),最后根据压痕深度计算硬度值。标尺A使用的是球锥菱形压头,然后加压至588.4N(合60kgf);标尺B使用的是直径为1.5875mm(1/16英寸)的钢球作为压头,然后加压至980.7N(合100kgf);而标尺C使用与标尺A相同的球锥菱形作为压头,但加压后的力是1471N(合150kgf)。因此标尺B适用相对较软的材料,而标尺A、C适用较硬的材料。

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。

折叠 编辑本段 测试

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≈225HRB≈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。

除了针对金属类的洛氏硬度,还有针对塑料类和橡胶类的洛氏硬度(HRR)

折叠 编辑本段 区别和换算

钢材的硬度:金属硬度(Hardness)的代号为H。按硬度试验方法的不同,

●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,用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值,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。

●目前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。

折叠 编辑本段 样品要求

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。

ScaleIndenterPreliminary
force
P(N)
Total
force
F(N)
Application
HRADiamond cone98.07588.4Sheet steel: shallow case-hardened
HRBBall 1.5875 mm dia.98.07980.7Cu and Al alloys; annealed low C steels
HRCDiamond cone98.071471Hard steels; CI, deep case-hardened
HRDDiamond cone98.07980.7Thin hard steel; med. case-hardened
HREBall 3.175 mm dia.98.07980.7Cast iron; Al; Mg; and bearing metals
HRFBall 1.5875 mm dia.98.07588.4Annealed Cu alloys; thin soft sheets
HRGBall 1.5875 mm dia.98.071471Malleable CI; bronzes; Cu-Ni alloys
HRHBall 3.175 mm dia.98.07588.4Soft materials; high ferritic; Al; Pb; Zn
HRKBall 3.175 mm dia.98.071471Al and Mg alloys
HRLBall 6.350 mm dia.98.07588.4Thermoplastics
HRMBall 6.350 mm dia.98.07980.7Thermoplastics
HRPBall 6.350 mm dia.98.071471Thermosetting plastics
HRRBall 12.70 mm dia.98.07588.4Very soft plastics and rubbers
HRSBall 12.70 mm dia.98.07980.7-
HRVBall 12.70 mm dia.98.071471-
HR15NDiamond cone29.42147.1

Hardness tests used for thin sheets,

foils, coatings, surface heat

treatments, and polymers including

their surface treatments

HR30NDiamond cone29.42294.2
HR45NDiamond cone29.42441.3
HR15TBall 1.5875 mm dia.29.42147.1
HR30TBall 1.5875 mm dia.29.42294.2
HR45TBall 1.5875 mm dia.29.42441.3
HR15WBall 3.175 mm dia.29.42147.1
HR30WBall 3.175 mm dia.29.42294.2
HR45WBall 3.175 mm dia.29.42441.3
HR15XBall 6.350 mm dia.29.42147.1
HR30XBall 6.350 mm dia.29.42294.2
HR45XBall 6.350 mm dia.29.42441.3
HR15YBall 12.70 mm dia.29.42147.1
HR30YBall 12.70 mm dia.29.42294.2
HR45YBall 12.70 mm dia.29.42441.3

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:

标尺

使用范围

硬度符号

A

20-88HRA

HRA

B

20-100HRB

HRB

C

20-70HRC

HRC

D

40-77HRD

HRD

E

70-100HRE

HRE

F

60-100HRF

HRF

G

30-94HRG

HRG

H

80-100HRH

HRH

K

40-100HRK

HRK

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。

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