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硬度有哪些?

日期:2015-10-22 17:59

基本概念 

材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。固体对外界物体入侵的局部抵抗能力,是比较各种材料软硬的指标。由于规定了不同的测试方法,所以有不同的硬度标准。各种硬度标准的力学含义不同,相互不能直接换算,但可通过试验加以对比。硬度分为: ① 划痕硬度。主要用于比较不同矿物的软硬程度,方法是选一根一端硬一端软的棒,将被测材料沿棒划过,根据出现划痕的位置确定被测材料的软硬。定性地说,硬物体划出的划痕长,软物体划出的划痕短。 ② 压入硬度。主要用于金属材料,方法是用一定的载荷将规定的压头压入被测材料,以材料表面局部塑性变形的大小比较被测材料的软硬。由于压头、载荷以及载荷持续时间的不同,压入硬度有多种,主要是布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等几种。 ③ 回跳硬度。主要用于金属材料,方法是使一特制的小锤从一定高度自由下落冲击被测材料的试样,并以试样在冲击过程中储存(继而释放)应变能的多少(通过小锤的回跳高度测定)确定材料的硬度。 

早在 1822 年, Friedrich mohs 提出用 10 种矿物来衡量世界上较硬的和较软的物体,这是所谓的摩氏硬度计。按照他们的软硬程度分为十级: 

1 ) 滑石 2 ) 石膏 3 ) 方解石 4 ) 萤石 5 ) 磷灰石 

6 ) 正长石 7 ) 石英 8 ) 黄玉 9 ) 刚玉 10 ) 金刚石 

简单记忆方法:滑石方、萤磷长、石英黄玉刚金刚。 

各级之间硬度的差异不是均等的,等级之间只表示硬度的相对大小。 

试验钢铁硬度的普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦 , 由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低。这种方法称为锉试法,这种方法不太科学。用硬度 试验机 来试验比较准确 , 是现代试验硬度常用的方法。常用的硬度测定方法有布氏硬度、 洛氏硬度 和 维氏硬度 [1] 等测试方法 

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。 硬度试验 根据其测试方法的不同可分为静压法(如 布氏硬度 、洛氏硬度、维氏硬度等)、划痕法(如 莫氏硬度 )、回跳法(如 肖氏硬度 )及 显微硬度 、高温硬度等多种方法。 

布氏硬度以 HB[N(kgf/mm2)] 表示( HBS\HBW )(参照 GB/T231 - 1984 ),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。 

洛氏硬度可分为 HRA 、 HRB 、 HRC 、 HRD 四种,它们的测量范围和应用范围也不同。一般生产中 HRC 用得较多。压痕较小,可测较薄的材料和硬的材料和成品件的硬度。 

维氏硬度以 HV 表示(参照 GB/T4340-1999 ),测量极薄试样。 


钢材的硬度 

金属硬度 (Hardness) 的代号为 H 。按硬度试验方法的不同, 

常规表示有布氏( HB )、洛氏( HRC )、维氏( HV )、里氏( HL )硬度等,其中以 HB 及 HRC 较为常用。 

HB 应用范围较广, HRC 适用于表面高硬度材料,如 热处理 硬度等。两者区别在于硬度计之测头不同,布氏硬度计之测头为钢球,而 洛氏硬度计 之测头为 金刚石。 

HV- 适用于显微镜分析。维氏硬度 (HV) 以 120kg 以内的载荷和顶角为 136° 的金刚石方形锥压入器压入材料表面,用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值,即为维氏硬度值 (HV) 。 

 HL 手提式 硬度计 ,测量方便,利用冲击球头冲击硬度表面后,产生弹跳;利用冲头在距试样表面 1mm 处 的回弹速度与冲击速度的比值计算硬度,公式:里氏硬度 HL=1000×VB (回弹速度) / VA (冲击速度)。 

便携式里氏硬度计用里氏( HL )测量后可以转化为:布氏( HB )、洛氏( HRC )、维氏( HV )、肖氏( HS )硬度。或用里氏原理直接用布氏( HB )、洛氏( HRC )、维氏( HV )、里氏( HL )、肖氏( HS )测量硬度值。 


HB - 布氏硬度:

布氏硬度 (HB) 一般用于材料较软的时候,如有色金属、热处理之前或退火后的钢铁。洛氏硬度 (HRC) 一般用于硬度较高的材料,如热处理后的硬度等等。 

布式硬度 (HB) 是以一定大小的试验载荷,将一定直径的淬硬钢球或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。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) 的淬硬钢球压入材料表面,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) ,单位为公斤力 /mm2 (N/mm2) 。 


洛式硬度 

是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。当 HB>450 或者试样过小时,不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角 120° 的金刚石圆锥体或直径为 1.59 、 3.18mm 的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同,分三种不同的标度来表示: 

HRA :是采用 60kg 载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度较高的材料 ( 如硬质合金等 ) 。 

HRB :是采用 100kg 载荷和直径 1.58mm 淬硬的钢球,求得的硬度,用于硬度较低的材料 ( 如退火钢、铸铁等 ) 。 

HRC :是采用 150kg 载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度很高的材料 ( 如淬火钢等 ) 。 


其他 

1.HRC 含意是洛式硬度 C 标尺, 

2.HRC 和 HB 在生产中的应用都很广泛 

 3.HRC 适用范围 HRC 20 -- 67 ,相当于 HB225 -- 650 

若硬度高于此范围则用洛式硬度 A 标尺 HRA 。 

若硬度低于此范围则用洛式硬度 B 标尺 HRB 。 

布式硬度上限值 HB650, 不能高于此值。 

4. 洛氏硬度计 C 标尺之压头为顶角 120 度的金刚石圆锥,试验载荷为一确定值,中国标准是 150 公斤力。 

布氏硬度计之压头为淬硬钢球( HBS) 或硬质合金球( HBW ),试验载荷随球直径不同而不同,从 3000 到 31.25 公斤力。 

5. 洛式硬度压痕很小,测量值有局部性,须测数点求平均值,适用成品和薄片,归于无损检测一类。 

布式硬度压痕较大,测量值准,不适用成品和薄片,一般不归于无损检测一类。 

6. 洛式硬度的硬度值是一无名数,没有单位。(因此习惯称洛式硬度为多少度是不正确的。) 

布式硬度的硬度值有单位,且和抗拉强度有一定的近似关系。 

7. 洛式硬度直接在表盘上显示、也可以数字显示,操作方便,快捷直观,适用于大量生产中。 

布式硬度需要用显微镜测量压痕直径,然后查表或计算,操作较繁琐。 

8. 在一定条件下, HB 与 HRC 可以查表互换。其心算公式可大概记为: 1HRC≈1/10HB 。 


硬度测定 

硬度试验是机械性能试验中简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验,生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。 

实践证明,金属材料的各种硬度值之间,硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的,材料的强度越高,塑性变形抗力越高,硬度值也就越高。 

另外 , 水中的钙美含量也用硬度表示 . 我国规定的硬度是 :1L 水中含的钙盐 , 镁盐折合成 CaO 和 MgO 的总量相当于 10mgCaO( 将 MgO 也换算成 CaO) 时 , 其硬度是 1°. 

水的硬度是水质的重要指标 , 通常分为五类 : 

很软水 软水 中硬水 硬水 很硬水 

0° ~ 4° 4° ~ 8°8° ~ 16° 16° ~ 30° >30° 

1. 肖氏硬度 (HS)= 布式硬度 (BHN)/10+12 

2. 肖式硬度 (HS)= 洛式硬度 (HRC)+15 

3. 洛式硬度 (HRC)= 布式硬度 (BHN)/10-3 


硬度测定范围 : 

HS<100

HB<500 

HRC<70 

HV<1300 

 HL 里氏硬度 

里氏硬度是以HL表示,里氏硬度测试技术是由瑞士狄尔马,里伯博士发明的,它是用一定质量的装有碳化钨球头的冲击体,在一定力的作用下冲击试件表面,然后反弹。由于材料硬度不同,撞击后的反弹速度也不同。在冲击装置上安装有永磁材料,当冲击体上下运动时,其外围线圈便感应出与速度成正比的电磁信号,再通过电子线路转换成里氏硬度值。 

水的硬度 

水的硬度 :水中离子沉淀的能力,一般指水中 Ca2+ 、 Mg2+ 盐类的含量。单位 mmol/L 或 mg/ 

包括:总硬度 碳酸盐硬度 非碳酸盐硬度 

碳酸盐硬度 (暂时硬度) : 主要成分是钙、镁的酸式碳酸盐,其次是钙、镁的碳酸盐,由于这些盐类一经加热煮沸就会分解成为溶解度很小的碳酸盐,硬度大部分可以除去。 

非碳酸盐硬度:表示水中的钙、镁的氯化物、硫酸盐、硝酸盐等盐类的含量,这些盐类经加热煮沸不会产生沉淀,使硬度不变化。 

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