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2017年5月19日

金屬材料的硬度測定 - 加工中心

金屬材料的硬度測定硬度分為：①劃痕硬度。主要用于比較不同礦物的軟硬程度，方法是選一根一端硬一端軟的棒，將被測材料沿棒劃過，根據出現劃痕的位置確定被測材料的軟硬。定性地說，硬物體劃出的劃痕長，軟物體劃出的劃痕短。②壓入硬度。主要用于金屬材料，方法是用一定的載荷將規定的壓頭壓入被測材料，以材料表面局部塑性變形的大小比較被測材料的軟硬。由于壓頭、載荷以及載荷持續時間的不同，壓入硬度有多種，主要是布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等幾種。③回跳硬度。主要用于金屬材料，方法是使一特制的小錘從一定高度自由下落沖擊被測材料的試樣，并以試樣在沖擊過程中儲存（繼而釋放）應變能的多少（通過小錘的回跳高度測定）確定材料的硬度。硬度分類劃痕硬度1722年，法國的R．-A．F．de列奧米爾首先提出了極粗糙的劃痕硬度測定法。此法是以適當的力使被和材料在一根由一端硬漸變到另一端軟的金屬棒上劃過，根據棒上出現劃痕的位置確定被測材料的硬度。1822年，F．莫斯以十種礦物的劃痕硬度作為標準，定出十個硬度等級，稱為莫氏硬度。十種礦物的莫氏硬度級依次為：金剛石（10），剛玉（9），黃玉（8），石英（7），長石（6），磷灰石（5），螢石（4），方解石（3），石膏（2），滑石（1）。其中金剛石最硬，滑石最軟。莫氏硬度標準是隨意定出的，不能精確地用于確定材料的硬度，例如10級和9級之間的實際硬度差就遠大于2級和1級之間的實際硬度差。但這種分級對于礦物學工作者野外作業是很有用的。壓入硬度用一定的載荷將規定的壓頭壓入被測材料，根據材料表面局部塑性變形的程度比較被測材料的軟硬，材料越硬，塑性變形越小。壓入硬度在工程技術中有廣泛的用途。壓頭有多種，如一定直徑的鋼球、金剛石圓錐、金剛石四棱錐等。載荷范圍為幾克力至幾噸力（即幾十毫牛頓至幾萬牛頓）。壓入硬度對載荷作用于被測材料表面的持續時間也有規定。主要的壓入硬度有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等。洛氏硬度這種硬度測定法是美國的S．P．洛克韋爾于1919年提出的，它基本上克服了布氏測定法的上述不足。洛氏硬度所采用的壓頭是錐角為120°的金剛石圓錐或直徑為1/16英寸（1英寸等于25.4毫米）的鋼球，并用壓痕深度作為標定硬度值的依據。測量時，總載荷分初載荷和主載荷（總載荷減去初載荷）兩次施加，初載荷一般選用10千克力，加至總載荷后卸去主載荷，并以這時的壓痕深度來衡量材料的硬度。洛氏硬度記為HR，所測數值寫在HB后，洛氏硬度值計算公式為：式中h表示塑性變形壓痕深度（毫米）；k是規定的常量；分母中的0.002（毫米）是每洛氏硬度單位對應的壓痕深度。對應于金剛石圓錐壓頭的k=0.20（毫米），對應于鋼球壓頭的k=0.26（毫米）。為了適應極寬闊的測量范圍，可采用改變載荷和更換壓頭兩種辦法。不同的載荷和壓頭組成不同的洛氏硬度標尺，常用的標尺有A、B、C三種。標尺B用于中等硬度的金屬材料，如退火的低碳鋼和中碳鋼、黃銅、青銅和硬鋁合金；壓頭為直徑1/16英寸的鋼球；載荷為100千克力。其標尺范圍是由HRB0到HRB100，硬度高于HRB100時鋼球可能被壓扁。標尺C用于硬度高于HRB100的材料，如淬火鋼、各種淬火和回火合金鋼。壓頭為頂角120°的金剛石圓錐；載荷為150千克力。標尺C的使用范圍是從HRC20到HRC70，標尺B和C是洛氏硬度的標準標尺。標尺A用于鎢、硬質合金及其他硬材料，還用于淬硬的薄鋼帶。由于大載荷容易損壞金剛石壓頭，所以載荷改為60千克力。標尺A是所有洛氏硬度標尺中唯一能在退火黃銅直到硬質合金這樣廣闊的硬度范圍內使用的標尺。洛氏硬度試驗采用三種試驗力，三種壓頭，它們共有9種組合，對應于洛氏硬度的9個標尺。這9個標尺的應用涵蓋了幾乎所有常用的金屬材料。最常用標尺是HRC、HRB和HRF，其中HRC標尺用于測試淬火鋼、回火鋼、調質鋼和部分不銹鋼。這是金屬加工行業應用最多的硬度試驗方法。HRB標尺用于測試各種退火鋼、正火鋼、軟鋼、部分不銹鋼及較硬的銅合金。HRF標尺用于測試純銅、較軟的銅合金和硬鋁合金。HRA標尺盡管也可用于大多數黑色金屬，但是實際應用上一般只限于測試硬質合金和薄硬鋼帶材料。