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材料硬度的概念及硬度检测

硬度测量

硬度测量的应用：硬度测量具有简便、快捷；不破坏试样（非破坏性试验）；硬度能综合反映材料的强度等其他力学性能；硬度与耐磨性具有直接关系，硬度越高，耐磨性越好。所以硬度测量应用极为广泛，常把硬度标注于图纸上，作为零件检验、验收的主要依据。

测量方法：可采用压入法、加弹法、划痕法等测量方法。生产中常用压入法（有布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法等）。

（ 1 ）布氏硬度： HB （ Brinell-hardness ) （ HBS 、 HBW ）

布氏硬度测量原理：采用直径为 D 的球形压头，以相应的试验力 F 压入材料的表面，经规定保持时间后卸除试验力，用读数显微镜测量残余压痕平均直径 d ，用球冠形压痕单位表面积上所受的压力表示硬度值。实际测量可通过测出 d 值后查表获得硬度值。
HBS （ HBW ） = F/S = 2F/ π D[D - (D2-d2)1/2]
• HBS ——表示用淬火钢球压头测量的布氏硬度值。适用范围：小于 450 ；
• HBW ——表示用硬质合金压头测量的布氏硬度值。适用范围： 450~650

布氏硬度的测量原理
布氏硬度表示方法：符号 HBS 或 HBW 之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如 :120HBS10/1000/30 表示直径为 10mm 的钢球在 1000kgf （ 9.807kN ）载荷作用下保持 30s 测得的布氏硬度值为 120 。
布氏硬度特点：优点：测量数值稳定，准确，能较真实地反映材料的平均硬度；缺点：压痕较大，操作慢，不适用批量生产的成品件和薄形件。
布氏硬度测量范围：用于原材料与半成品硬度测量，可用于测量铸铁；非铁金属（有色金属）、硬度较低的钢（如退火、正火、调质处理的钢）。

（ 2 ）洛氏硬度： HR （ Rockwll hardnes ）

洛氏硬度测量原理：用金刚石圆锥或淬火钢球压头，在试验压力 F 的作用下，将压头压入材料表面，保持规定时间后，去除主试验力，保持初始试验力，用残余压痕深度增量计算硬度值，实际测量时，可通过试验机的表盘直接读出洛氏硬度的数值。
HR = K - h/0.002 ； K ——常数，金刚石压头取值 100 ，球形压头取值 130 。

洛氏硬度测量原理
洛氏硬度测量条件：洛氏硬度可以测量从软到硬较大范围的硬度值，根据被测对象硬度值大小不同，可用不同的压头和试验力，如下表。

常用洛氏硬度的试验条件和应用范围

硬度符号

压头类型

总试验力 F/N （ kgf ）

硬度范围

应用举例

HRA

120o 金刚石圆锥

588.4(60)

20~88

硬质合金、碳化物、浅层表面硬化钢等

HRB

φ1.588mm 淬火钢球

980.7(100)

20~100

退火、正火钢，铝合金、铜合金、铸铁

HRC

120o 金刚石圆锥

1471(150)

20~70

淬火钢、调质钢、深层表面硬化钢

洛氏硬度特点：优点：测量迅速、简便、压痕��、硬度测量范围大；缺点：数据准确性、稳定性、重复性不如布氏硬度。
洛氏硬度测量范围：可用于成品和薄件，但不宜测量组织粗大不均匀的材料（如上表所示）。

（ 3 ）维氏硬度： HV （ diamond penetrator hardness ）

维氏硬度测量原理：与布氏硬度相似。采用相对面夹角为 136o 金刚石正四棱锥压头，以规定的试验力 F 压入材料的表面，保持规定时间后卸除试验力，用正四棱锥压痕单位表面积上所受的平均压力表示硬度值。

维氏硬度测量原理
维氏硬度特点：测量范围大，可测量硬度为 10~1000HV 范围的材料；量压痕小。
维氏硬度应用：可测量较薄的材料和渗碳、渗氮等表面硬化层。

* 上述各种硬度测量法，相互间没有理论换算关系，故试验结果不能直接进行比较，应查阅硬度换算表进行比较。

* 各种硬度的换算经验公式：硬度在 200~600HBS 时： 1HRC 相当于 10HBS ；硬度小于 450HBS 时： 1HBS 相当于 1HV

* 利用布氏硬度压痕直径直接换算出工件的洛氏硬度：根据布氏硬度和洛氏硬度换算表，可归纳出一个计算简单且容易记住的经验公式： HRC = （ 479-100D ） /4 ，其中 D 为Φ 10mm 钢球压头在 30KN 压力下压在工件上的压痕直径测量值。该公式计算出的值与换算值的误差在 0.5 ～ -1 范围内，该公式在现场用起来十分方便，您不妨试一试。

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