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硬度計的分類以及硬度計的使用要求

(1)洛氏硬度計
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)布氏硬度計
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)維氏硬度計
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值就是試樣的硬度值,用符號HV表示。
(4)里氏硬度計
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)肖氏硬度計
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)巴氏硬度計
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)努氏硬度計
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)韋氏硬度計
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。
硬度檢測種類
1. HRA:(洛氏A)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。
2. HK:(Knoop 努氏)用于量測較軟材質的鋼及非鐵材料之硬度。
3. HRC:(Rockwell C洛氏)用于量測熱處理鋼材、氮化物、滲碳冶煉物、軸承鋼、工具鋼等。
4. HRB:(Rockwell B洛氏)用于量測較軟材質的鋼及非鐵材料之硬度。
5. HR30T:(Rockwell 30T洛氏) 用于量測較軟材質的鋼及非鐵材料之硬度。
6. HB5:(Brinell 布氏5)用于量測鋁、軟質鋁合金、鑄鐵、銅、黃銅等。
7. HB30:(Brinell 布氏30)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。
8. HV:(Vickers維氏)適用于量測各類材料。
9. R:(Tensile module拉伸模數 N/mm2)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。
10. HR15N:(Rockwell 洛氏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。

如何選擇維氏硬度計的試驗力?

在購買了一臺維氏硬度計在進行測試時,由于一臺維氏硬度計一般都配有多檔試驗力,常規的如6-8檔,除了圖紙上指定了試驗力如HV1,這個給出了確定的試驗力1Kg,但大多數沒確定試驗力要求的,具體選擇哪一檔試驗力就是個問題了,實際上這里這個問題可以轉化成在一檔試驗力下,所能檢測的材料的最薄厚度,材料的厚度低于這個最薄厚度時,在用壓頭對材料進行打壓時,試驗力沒有的作用的被測材料上,而是有一部分作用在了支撐材料的工作臺上,造成測試的硬度值不是材料的真實硬度值;目前近期的國家標準要求的材料的最薄厚度要是測試出的壓痕對角線的1.5倍,而以前的標準要求的是測試深度的10倍,由于維氏硬度測試時使用的是136度正四棱錐金剛石壓頭,測試時壓入試樣的深度是壓痕對角線的1/7,那按10倍的深度算,即10/7×D=1.43D,與新的標準要求的1.5倍,新的標準對材料的最薄厚度有相對高的要求;那么在一檔試驗力下材料的最薄厚度如何確定呢?其實要與材料本身的硬度有關的,如在1Kg試驗力下,材料硬度是500HV,按維氏硬度計算公式HV=0.1891×F/D2(其中試驗力F的單位是N,壓痕對角線D的單位是mm),把500HV和試驗力1公斤=1×9.80665N,帶入計算公式500=0.1891×1×9.80665/D2,可以計算得到D=0.061mm,按新的國家標準要求的最薄厚度是壓痕對角線的1.5倍算,即最薄厚度為0.061×1.5=0.0915mm,即在0.0915mm以上厚度時,該材料能夠承受1Kg試驗力,如果材料厚度小于0.0915mm時,就應該選擇更小的試驗力進行測試了。
若所測材料能夠承受一臺硬度計的所有試驗力,那么從提高測量測精度考慮,應選擇較大試驗力進行測試,因為試驗力大,所測試得到的壓痕也大即壓痕對角線比較長。在機器的操作過程中,由人眼或現場的其他隨機因素對壓痕長度測量時引入的誤差在一定的范圍,當測試長度比較大時,這些誤差占的比較相對就小,即由計算公式看壓痕對角線D的準確度高,與此同時,國標上要求的試驗力誤差是正負1%,試驗力大也就意味著1%區間的范圍的會擴大,硬度計生產廠家在試驗力較大時能夠更好的控制力值的準確度,因此這些因素會造成機器的整體測量精度比較高,總后在選擇試驗力時就是一句話,在材料所能承受的試驗力中選擇大的試驗力進行測試。

如何選擇一款合適的硬度計

在選擇硬度計時,要結合測試試樣的大小,試樣要好拿到機器的工作臺上,可以購買臺式機,不好搬動的就選擇便攜式的,在知道需要測試哪個標尺時,可以直接選擇直接測試這個標尺的機器,如HRC,那可以選擇洛氏硬度計,在這個基礎上如果試樣很薄由于HRC測試時試驗力是150Kg,容易造成試樣打穿無法測出真實的硬度值,這時一般都是會選擇維氏硬度計測試完維氏硬度在轉化為HRC,洛氏布氏維氏試樣的最薄厚度要求在國家標準的附錄上都可以查找,如洛氏HRC如下:

洛氏硬度計目前國內使用較多的很少HRC標尺,因此洛氏機器適合測試的材料還是相對比較硬的的材料,像HRB標尺使用區間還是在80-100HRB
對一些輕金屬如銅、鋁、鉛等和鑄鐵,比較適合的是布氏硬度計,輕金屬比較軟,布氏硬度測試時壓痕比較大,測量比較精確;對一些粗大晶粒的金屬如鑄鐵,布氏硬度測試的壓痕大可以避免晶粒粗大的影響,得到精確的測量結果,同時在鑄件行業,布氏硬度可以換算得到材料的抗拉強度
維氏硬度幾乎涵蓋了從很軟到很硬的材料,是通用的一種硬度計,也是目前使用最多的硬度計

 

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