金属材料的硬度测试方法有哪些

Question

如题所述

Answer 1

金属的硬度，是指金属表面局部体积内抵抗因外物压入而引起的塑性变形的抗力，硬度越高表明金属抵抗塑性变形的能力越强，金属产生塑性变形越困难。硬度试验方法简单易行，又无损于零件。实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系，机械、机械工艺或金属材料的手册上面一般都有换算关系表。

[布氏硬度HB]
布氏硬度是用载荷为P的力把直接D的钢球压入金属表面，并保持一定的时间，测量金属表面上的压痕直径d，据此计算出的压痕面积AB，求出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，叫布氏硬度，记作HB.
HB=P/AB=P/(πDh)=2P/(πD(D-SQD(D2-d2)))
单位：P-kgf,D,h-mm
对钢来说，一般选用的钢球D为10mm，载荷P为3000kgf,压入时间为10秒。试验所得直径d应在0.25D-0.6D的范围内。布氏硬度的使用上限是HB450，适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。
[洛氏硬度HR]
洛氏硬度是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，可以直接读出硬度值，不损伤工件表面，可测量的硬度范围较宽。但洛氏硬度也有一些缺点，如因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离度大，再现性较差。
洛氏硬度(HR)也是用压痕的方式试验硬度。它是用测量凹陷深度来表示硬度值。洛氏硬度试验用的压头分硬质和软质两种。硬质压头为顶角为120º的金刚石圆锥体，使用于淬火钢等硬的材料。HRA以60kgf的负荷试验，硬度有效范围是>70，适用于硬质合金、表面淬火层及渗碳层;HRC以150kgf的负荷试验，硬度有效范围是20-67(相当于HB230-700)，适用于淬火钢及调质钢。
软质压头由直径1.588mm(1/16")的钢球制成，使用于退火钢、有色金属等，以HRB表示，硬度有效范围是25-100（相当于HB60-230)。
这三种洛氏硬度在表盘上刻度的颜色有所规定，HRA和HRC为黑色刻度，HRB为红色刻度。
[维氏硬度HV]
维氏硬度也是利用压痕面积上单位应力作为硬度值计量。维氏硬度所使用的压头是锥面夹角为136º的金刚石四方锥体。
试验时，在载荷P的作用下，在试样试验面上压出一个正方形压痕。测量压痕两对角线的平均长度d，借以计算压痕面积AV，以P/AV的数值表示试样的硬度，以HV表示。
HV=P/AV=1.8544P/d2
载荷P的大小可根据试样的不同选择，一般为5-100kgf。
一般硬度测量方法对应的处理范围：
1. HRA:(洛氏A)用于量测热处理硬质钢材、氮化物、渗碳冶炼物、轴承钢、工具钢及其它软硬材质的硬度测试。
2. HK:(Knoop 努氏)用于量测较软材质的钢及非铁材料之硬度。
3. HRC:(Rockwell C洛氏)用于量测热处理钢材、氮化物、渗碳冶炼物、轴承钢、工具钢等。
4. HRB:(Rockwell B洛氏)用于量测较软材质的钢及非铁材料之硬度。
5. HR30T:(Rockwell 30T洛氏) 用于量测较软材质的钢及非铁材料之硬度。
6. HB5:(Brinell 布氏5)用于量测铝、软质铝合金、铸铁、铜、黄铜等。
7. HB30:(Brinell 布氏30)用于热处理钢、退火深冷处理钢材、冲拉材料钢、深冲钢带料等。
8. HV:(Vickers维氏)适用于量测各类材料。
9. R:(Tensile module拉伸模数 N/mm2)用于热处理钢、退火深冷处理钢材、冲拉材料钢、深冲钢带料等。
10. HR15N:(Rockwell 洛氏HR15N)用于量测热处理硬质钢材、氮化物、渗碳冶炼物、轴承钢、工具钢等。