硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标,它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力,也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。硬度不是一个简单的物理概念,而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。
金属硬度试验
金属硬度试验是通过将硬质合金球或金刚石锥体压入或击打试样表面而测定金属对局部塑性变形抗力并对比其软硬度的试验。
金属硬度试验是一种*简单和*容易施行的力学性能测试方法。金属锻件、工件的热处理的检查与*合理机械加工程序的确定,均可通过硬度测试法来确定。金属硬度与抗拉强度存在一定关系,故许多情况下只测定硬度而不进行拉伸试验。硬度试验还具有不破坏工件和工作效率高等特点。
硬度试验根据其测试方法的不同可分为四大类,即压入法、刻痕法、弹跳法和其他方法。目前,生产中常用测量硬度方法是压入法,应用较多的有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微硬度等试验方法。
布氏硬度试验
布式硬度试验(HB)是以一定大小的试验载荷,将一定直径的硬质合金球压入被测金属表面,保持规定时间,然后卸荷,测量被测表面压痕直径计算硬度值的一种压痕硬度试验。布式硬度值是载荷除以压痕球形表面积所得的商。一般为:以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的硬质合金球压入材料表面,保持一段时间,去载后,负荷与其压痕面积之比值,即为布氏硬度值(HB)。布氏硬度以HBW [N(kgf/mm2)]表示(参照GB/T231),生产中常用布氏硬度法测定经退火、正火和调质的钢件,以及铸铁、有色金属、低合金结构钢等毛胚或半成品的硬度。
参考标准:
GB/T 231.1 金属布氏硬度的试验 第1部分:试验方法
ASTM E 10 Experimental method for metalBrinell hardness test
DIN EN ISO 6506-1 Metallic materials Brinell hardnesstest –Part1: Test method
洛式硬度试验
洛氏硬度试验法是采用顶角为120°的金刚石锥体或一定直径的钢球或硬质合金球作为压头,以规定试验力使入压入试样表面。以压痕塑性变形深度来确定硬度值指标。以0.002毫米作为一个硬度单位。
目前,金属洛氏硬度试验方法执行GB/T230.1《金属洛氏硬度试验 **部分:试验方法》。为了能用同一硬度计测定从软到硬或厚薄试样的材料硬度,需要采用由不同的压头和载荷组成的A、B、C、D、E、F、G、H、K等9种洛氏硬度标尺,此外还有6种表面洛氏硬度,共15种。*常用的是A、B、C三种标尺,分别记作HRA、HRB、HRC,其中HRC应用*广泛。
HRA: 是采用60kg载荷和金刚石圆锥进行的试验测得的硬度,用于硬度极高的材料(如硬质合金、表面硬化层、淬火工具钢等)。
HRB:是采用100kg载荷和直径1.58mm硬质合金球进行的试验测得的硬度,用于硬度较低的材料(低碳钢、铜合金、铝合金、铁素体可锻铸铁等)。
HRC: 是采用150kg载荷和金刚石圆锥进行的试验所测得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火钢、调质钢、高硬度铸铁等)。
它们的测量范围和应用范围也不同,一般生产中HRC用得*多,压痕较小,可测较薄的材料和硬的材料,以及成品件的硬度。
洛氏硬度不标单位,是一个无量纲的力学性能指标,表示方法是将硬度值写在硬度符号面前。例如75HRA、90HRB、45HRC等。
参考标准:
GB/T 230.1 金属洛氏硬度试验 第1部分:试验方法
ASTM E 18 Experimental method for metalRockwell hardness test
EN ISO 6508-1 Metal Rockwell hardnesstest Part 1 — Experimental method
维氏硬度试验
维氏硬度试验是将相对面夹角为136°的正四棱锥体的金刚石压头以选定的试验力压入试样表面,经规定保持时间后卸除试验力,用测量的压痕对角线长度计算硬度的一种压痕硬度试验。维氏硬度以HV表示(参照GB/T4340)。
维氏硬度的优点是试验载荷小,压痕较浅,适用范围宽,可以测量极软到极硬的材料,尤其适合测定零件表面淬硬层及化学热处理的表面层等。由于维氏硬度只用一种标尺,材料的硬度可以直接通过维氏硬度值比较大小。维氏硬度的缺点是对试样表面要求高,压痕对角线长度d的测量较麻烦,工作效率不如洛氏硬度高,不适于大批量测试。
参考标准:
GB/T 4340.1 金属维氏硬度试验 第1 部分:试验方法
ASTM E384 Standard Test Method forKnoop and Vickers Hardness of Materials
EN ISO 6507-1 Metallic materials-Vickers hardness test –Part1: Test method
显微硬度试验
显微硬度测试原理与维氏硬度相同,一般指载荷试验力小于1kgf的硬度试验。因为压痕小,为了提高测量精度,需要配置显微放大装置。可测定金属箔、极薄的表面层硬度以及合金中各种组成相的硬度,也可测定各种镀层、氮化层、渗碳层、氰化层的零件表面硬度,玻璃、陶瓷、玛瑙等脆性非金属材料硬度,也可作金相显微镜用,观察和拍摄材料的显微组织,并测定金相组织的硬度,还可用于极小或极薄零件的测试,零件厚度可薄至3μm。
参考标准:
GB/T 4340.1 金属维氏硬度试验 第1 部分:试验方法
ASTM E384 Standard Test Method forKnoop and Vickers Hardness of Materials
EN ISO 6507-1 Metallic materials-Vickers hardness test –Part1: Test method
其他硬度试验方法还有里氏硬度、努氏硬度、肖氏硬度。