点
金属材料的硬度
坚硬
指材料抵抗局部变形,特别是塑性变形、压痕或擦伤的能力。它是衡量材料硬度的指标。
根据测试方法的不同,硬度可分为三种。
①划痕硬度。主要用于比较不同矿物的软硬程度。方法是选择一端硬一端软的杆,沿杆跟踪被测材料,根据划痕位置确定被测材料的软硬程度。定性来说,硬物划痕长,软物划痕短。
②压入硬度。主要用于金属材料,方法是将规定的压头以一定的载荷压入被测材料,比较被测材料的硬度与材料表面的局部塑性变形。压痕硬度有很多种,如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度。
③回弹硬度。主要用于金属材料,方法是让一个特殊的小锤从一定高度自由下落,冲击被测材料的试样,根据试样在冲击过程中所储存的应变能来确定材料的硬度。
常用的HV=HB=HRC硬度对照表
常见黑色金属硬度对照表(强度近似换算)硬度分类延伸强度
N/mm2
洛氏维氏布氏HRCHRAHVHB17—21121171017.5—21421471518—21621672518.5—21821873019—22122073519.5—22322274520—22622575020.5—22922776021—23122976521.5—23423277522—23723478522.5—24023779023—24324080023.5—24624281024—24924582024.5—25224883025—25525183525.5—25825485026—26125786026.5—26426087027—26826388027.5—27126689028—27426990028.5—27827391029—28127692029.5—28528093530—28928395030.5—29228796031—29629197031.5—30029498032—30429899532.5—308302101033—312306102033.5—316310103534—320314105034.5—324318106535—329323108035.5—333327109536—338332111036.5—342336112537—347341114037.5—352345116038—357350117538.5—36235511903970367360121039.570.337236512254070.8382375126040.570.537737012454171.1388380128041.571.339338513004271.6399391132042.571.840539613404372.1411401136043.572.441740713854472.6423413140544.572.942941814304573.2436424145045.573.444343014754673.7449436150046.573.945644215254774.2463449155047.574.547045515754874.7478461160548.57548546816304975.3493474166049.575.550148116905075.8509488172050.576.151749417505176.3525501178051.576.6534—18155276.9543—185052.577.1551—18855377.4561—192053.577.7570—19555477.9579—199554.578.2589—20355578.5599—207555.578.7609—21155679620—216056.579.3631—22055779.5642—225057.579.8653—22955880.1664—234558.580.3676—23955980.6688—245059.580.9700—25006081.2713—255560.581.4726——6181.7739——61.582752——6282.2766——62.582.5780——6382.8795——63.583.1810——6483.3825——64.583.6840——6583.9856——65.584.1872——6684.4889——66.584.7906——6785923——67.585.2941——6885.5959——68.585.8978——6986.1997——69.586.31017——7086.61037——HRC/HB近似转换技巧
硬度高于20HRC,1HRC≈10HB,
硬度低于20HRC,1HRC≈11.5HB。
注:对于切削,基本上可以统一换算成1HRC≈10HB
金属材料最常见的布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度属于压痕硬度,硬度值表示材料表面抵抗另一物体压入所引起的塑性变形的能力;硬度采用回弹法测量,硬度值代表金属的弹性变形函数。
布氏硬度
直径为d的硬化钢球或硬质合金球用作压头,相应的试验力f压入试样表面。在规定的保持时间后,去除测试力,获得直径为d的压痕。用试验力除以压痕表面积得到的值是布氏硬度值,符号用HBS或HBW表示。
HBS和HBW的区别在于压头。HBS指出,压头是硬化钢球,用于测量布氏硬度低于450的材料,如低碳钢、灰铸铁和有色金属。HBW指出压头是硬质合金,用于测量布氏硬度低于650的材料。
对于同一个试块,当其他测试条件完全相同时,两次测试的结果是不同的,HBW值往往大于HBS值,没有定量规律可循。
2003年后,中国等效采用国际标准,取消钢球压头,全部采用硬质合金球头。因此,HBS被停止使用,布氏硬度的所有符号都由HBW表示。很多时候布氏硬度只用HB表示,意思是HBW。然而,HBS仍然不时出现在文学作品中。
布氏硬度测量方法适用于铸铁、有色合金、各种退火调质钢,不适用于测量表面过硬、过小、过薄、无大压痕的样品或工件。
洛氏硬度
锥顶角为120°的金刚石锥或1.588毫米和3.176毫米的硬化钢球用作压头和载荷,试样在初始载荷10kgf和总载荷60、100或150kgf下受压。施加总载荷后,硬度用去除并保留主载荷时的压制深度与初始载荷下的压制深度之差表示。
洛氏硬度试验采用三种试验力和三种压头,有九种组合,对应洛氏硬度的九个标度。这九种秤的应用几乎涵盖了所有常用的金属材料。有三种常用的人力资源法,HRB和人权委员会,其中人权委员会是最广泛使用的。
常用洛氏硬度试验规范表
坚硬
象征
头部类型
总测试力
单位:千克力
坚硬
范围
应用示例
高超音速研究飞机
120钻石
圆锥
588.4
20~88
硬质合金,碳化物,
浅表面硬化钢等
危险性评审委员会
1.588毫米
硬化钢球
980.7
20~100
退火,正火钢和铝结合
金、铜合金、铸铁
人权委员会
120钻石
圆锥
1471
20~70
淬硬钢、淬火和回火钢,深
表层硬化钢
HRC量表的使用范围为20~70HRC。当硬度值小于20HRC时,由于压头锥部受压过大,灵敏度降低,应改用HRB标度;当样品硬度大于67HRC时,压头尖端压力过大,金刚石容易损坏,压头寿命会大大缩短,应改用HRA标尺。
洛氏硬度试验简单、快速、压痕小,可检测成品和硬、薄工件表面。由于压痕小,硬度值波动大,精度不如布氏硬度高。洛氏硬度用于测量钢、有色金属和硬质合金的硬度。
维氏硬度
维氏硬度的测量原理与布氏硬度相似。使用夹角为136°的菱形方锥压头,以规定的试验力F压入材料表面,规定时间后去除试验力。硬度值用方锥压痕单位表面积上的平均压力表示,标记符号为HV。
维氏硬度测量范围广,可以测量硬度在10~1000HV范围内的材料,压痕小。它通常用于测量薄材料以及渗碳和氮化表面硬化层。
里克特硬度李布硬度
用一定质量的装有碳化钨球头的冲击体,在一定的力作用下冲击试件表面,然后反弹。由于材料硬度不同,冲击后的反弹速度也不同。冲击装置上安装有永磁材料。冲击体上下运动时,其外围线圈感应出与速度成正比的电磁信号,通过电子电路转换成里氏硬度值,符号为HL。
里氏硬度测试仪不需要工作台,硬度传感器小如钢笔,可以直接用手操作。它可以轻松检测大而重的工件或复杂几何尺寸的工件。
里氏硬度的另一个优点是对产品表面损伤很轻,有时可以作为无损检测;硬度测试对所有方向、窄空和特殊位置都是独特的。
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