硬度表示材料抵抗物體壓入其表面的能力，硬度測(cè)試是檢驗(yàn)金屬材料性能的重要指標(biāo)之一，也是最快速最經(jīng)濟(jì)的方法之一。硬度測(cè)試能反映出材料在化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和熱處理工藝上的差異。常被作為監(jiān)督手段應(yīng)用于各行各業(yè)。
分類及簡(jiǎn)介
鋼材的硬度：金屬硬度（Hardness）的代號(hào)為H。按硬度試驗(yàn)方法的不同，
常規(guī)表示有布氏（HB）、洛氏（HRC）、維氏（HV）、里氏（HL）
硬度等，其中以HB及HRC較為常用。
HB應(yīng)用范圍較廣，HRC適用于表面高硬度材料，如熱處理硬度等。兩者區(qū)別在于硬度計(jì)之壓頭不同，布氏硬度計(jì)的壓頭為鋼球，而洛氏硬度計(jì)的壓頭為金剛石。
HV-維氏硬度（HV）是以120Kg以內(nèi)的試驗(yàn)力和頂角為136°的正四梭錐壓頭壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以試驗(yàn)力值，即為維氏硬度（HV）。
HL手提式硬度計(jì)，測(cè)量方便，利用沖擊球頭沖擊試樣表面后，產(chǎn)生彈跳；利用沖頭在距試樣表面1mm處的回彈速度的比值計(jì)算硬度公式里氏硬度HL=1000*VB（回彈速度）/VA（沖擊速度）。目前，最常用的便攜式里氏硬度計(jì)用里氏（HL）測(cè)量后可以轉(zhuǎn)化為：布氏（HB）、洛氏（HRC）、維氏（HV）、肖氏（HS）硬度?；蛴美锸显碇苯佑貌际希℉B）、洛氏（HRC）、維氏（HV）、肖氏（HS）測(cè)量硬度值。有些公司的里氏硬度計(jì)就有此功能，是傳統(tǒng)的硬度計(jì)的有益被充。
布 氏 硬 度
簡(jiǎn)介：
布氏硬度的符號(hào)用 HBS或HBW表示。適用于鑄鐵、非鐵合金、各種退火及調(diào)質(zhì)的鋼材，不宜測(cè)定太硬、太小、太薄和表面不允許有較大壓痕的試樣或工件。其原理是如下圖所示以一定的載荷（一般3000、750kgf、187.5mm等）將一定大小（直徑為10mm、5mm、2.5mm）的淬硬鋼球或硬度合金球壓入材料表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面壓痕的直徑。布氏硬度與試驗(yàn)力除以壓痕表面積的商成正比。壓痕被看做是卸載后具有一定半徑的球形，壓痕的表面積通過壓痕的平均直徑和壓頭直徑按照相關(guān)公式計(jì)算可以得到。負(fù)荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值（HB)，單位為公斤力/mm2（N/mm2）。
布氏硬度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：
GB/T 231.1、ASTM E10
洛氏硬度
簡(jiǎn)介
洛氏硬度沒有單位，是一個(gè)無(wú)綱量的力學(xué)性能指標(biāo)，其最常用的硬度標(biāo)尺有A、B、C等，通常記作HRA、HRB、HRC等，其表示方法為硬度數(shù)據(jù)+硬度符號(hào)，如50HRC。
洛氏硬度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
ASTM E18、GB/T 230.1、ASTM D785、ISO 2039-2、GB/T 3398.2等。
洛氏硬度的原理及相關(guān)知識(shí)
洛氏硬度試驗(yàn)采用三種試驗(yàn)力，三種壓頭，以壓痕塑性變形深度來(lái)確定硬度值的指標(biāo)，以0.002毫米作為一個(gè)硬度單位。在洛氏硬度試驗(yàn)中采用不同的壓頭和不同的試驗(yàn)力，會(huì)產(chǎn)生不同的組合，一般共有9種組合，對(duì)應(yīng)于洛氏硬度的9個(gè)標(biāo)尺。洛氏硬度是對(duì)應(yīng)于洛氏硬度不同的標(biāo)尺。這9個(gè)標(biāo)尺的應(yīng)用涵蓋了幾乎所有常用的金屬材料。當(dāng)被測(cè)樣品過小或者布氏硬度（HB）大于450時(shí)，就改用洛氏硬度計(jì)測(cè)量。
洛氏硬度的試驗(yàn)原理是用一個(gè)頂角為120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59mm的球形壓頭，分兩級(jí)試驗(yàn)力（初實(shí)驗(yàn)力F0和總試驗(yàn)力F1）先后作用下，將規(guī)定的壓頭壓入試樣表面，保持一定的時(shí)間后卸除主試驗(yàn)力F1，在保留初試驗(yàn)力F0下測(cè)量殘余壓痕深度e，100（或130）減去e值下面的這個(gè)公式求取材料的硬度（可以直接讀?。?。
洛氏硬度沒有單位，是一個(gè)無(wú)量綱的力學(xué)性能指標(biāo)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料硬度的不同，來(lái)選擇不同的洛氏硬度標(biāo)尺。其中的A、B、C標(biāo)尺為洛氏最常用的三種標(biāo)尺，稱為標(biāo)尺A、標(biāo)尺B、標(biāo)尺C。通常記作HRA、HRB、HRC，其表示方法為硬度值+硬度符號(hào)，如60HRA、70HRB、50HRC等。
HRA：是采用60Kgf（588.4N）試驗(yàn)力和金鋼石圓錐壓頭壓入求得硬度，測(cè)量范圍為20-95HRA，用于硬度很高的材料。例如：硬質(zhì)合金、鋼材薄板。
HRB：是采用100Kgf（980.7N）試驗(yàn)力和直徑1.58mm球形壓頭壓入求得的硬度，用于硬度較低的材料例如：有色金屬、合金及退火鋼等低硬度零件的硬度。
HRC：是采用與HRA同樣的壓頭，但用的是150Kgf（1471KN）試驗(yàn)力和金鋼石圓錐壓頭壓入求得的硬度，用于硬度較高的材料。例如：淬火鋼等。
實(shí)踐證明，金屬材料的各種硬度值之間，硬度值與強(qiáng)度值之間具有近似的相應(yīng)關(guān)系。因?yàn)橛捕戎凳怯善鹗妓苄宰冃慰沽屠^續(xù)塑性變形抗力決定的，材料的強(qiáng)度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。但各種材料的換算關(guān)系并不一致。其中SAE J417、GB/T1172、GB/T33362 、ASTM E140等可以提供有色金屬和黑色金屬的強(qiáng)度與硬度對(duì)應(yīng)的關(guān)系，但尚無(wú)普遍適用的方法將洛氏硬度值精確地?fù)Q成其他硬度或抗拉強(qiáng)度，因此應(yīng)避免這種換算，除非通過對(duì)比試驗(yàn)得到可比較的換算方法。下圖是上述相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)SAEJ 417 中的數(shù)據(jù)圖片：
洛氏硬度測(cè)試中常見的問題
HRC標(biāo)尺的使用范圍是20-70HRC，當(dāng)硬度值小于20HRC時(shí)，因?yàn)榻痄撌瘔侯^的圓錐部分壓入試樣過深，靈敏度下降，壓頭的幾何形狀所造成的誤差增大，測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，這時(shí)應(yīng)改用HRB標(biāo)尺；當(dāng)試樣硬度大于70HRC時(shí)，盡管HRC標(biāo)尺被規(guī)定的上限值為70HRC,但是當(dāng)試樣硬度大于67HRC左右時(shí)，壓頭尖端產(chǎn)生的壓力過大，金剛石容易損壞，壓頭壽命會(huì)大大縮短，因此一般采用檢測(cè)力較小，壓入深度較小的A標(biāo)尺。HRA標(biāo)尺的使用范圍是20-95HRA，由美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM E140可以獲得以下?lián)Q算關(guān)系：
27HRA≈30HRB
60HRA≈100HRB≈20HRC
85.6HRA≈68HRC
可見，HRA標(biāo)尺的測(cè)試范圍涵蓋了從軟鋼（HRB）、硬鋼（HRC）到硬度合金的硬度范圍。然而，事實(shí)上HRA標(biāo)尺很少用于測(cè)試軟鋼，主要用于測(cè)試薄硬鋼板、深層滲碳鋼和硬質(zhì)合金。在硬質(zhì)合金主面，由于技術(shù)進(jìn)步，有些材料硬度已達(dá)到93-94HRA，這已超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。工程上超出HRA高端的測(cè)量范圍已成為慣例。HRA標(biāo)尺有一個(gè)特殊用途，在使用洛氏硬度計(jì)測(cè)試鋼試樣時(shí)，如果不知試樣是軟鋼還是硬鋼，可先用HRA標(biāo)尺測(cè)一下，當(dāng)硬度值小于60HRA時(shí)可改用HRB標(biāo)尺，當(dāng)硬度值大于60HRA時(shí)可改用HRC標(biāo)尺。
B標(biāo)尺采用的是球形壓頭，使用范圍是10~100HRB，當(dāng)硬度值低于10HRB時(shí)，由于球形壓頭的壓入深度過大，金屬開始蠕變加劇，試樣在試驗(yàn)力作用下的變形時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)試值準(zhǔn)確度降低；當(dāng)硬度值大于100HRB時(shí)，由于鋼球壓頭可能變形以及壓入深度過淺，靈敏度降低，精度下降，影響精確測(cè)量，均可能造成誤差，此時(shí)應(yīng)改用HRC標(biāo)尺。在使用HRB標(biāo)尺測(cè)試鋼試樣時(shí)，一個(gè)特別值得注意的地方是：當(dāng)預(yù)先不知道試樣是軟鋼還是硬鋼時(shí)，決不可使用HRB標(biāo)尺做測(cè)試，因?yàn)橛娩撉驂侯^誤測(cè)了淬火鋼，鋼球就可能會(huì)變形，鋼球壓頭就會(huì)損壞，這是鋼球壓頭損壞的主要原因。遇到這種情況時(shí)應(yīng)先用金鋼石壓頭，用HRA標(biāo)尺測(cè)試一下，再?zèng)Q定是用HRB還是用HRC。
洛氏硬度試驗(yàn)特點(diǎn)
洛氏硬度試驗(yàn)采用測(cè)量壓入深度的方法，硬度值通過指示直接讀出，因此操作簡(jiǎn)單方便，容易掌握，工作效率高，測(cè)量迅速，成為最常用的硬度試驗(yàn)方法之一，并且由于試驗(yàn)力較小，壓痕也小，特別是表面洛氏硬度的壓痕更小，對(duì)大多數(shù)工件的使用無(wú)影響，可直接測(cè)試成品工件，初試驗(yàn)力的采用，使得試樣表面輕微的不平度對(duì)硬度值的影響較小，因此，此儀器非常適于對(duì)成批的成品或半成品進(jìn)行逐件檢測(cè)。還可以通過硬度值對(duì)工藝進(jìn)行調(diào)整，得到最佳的熱處理工藝，但要考慮到在相同的熱處理工藝下，材料的含碳量越高，材料的硬度也越高。對(duì)應(yīng)于相同的材料，同工藝引起的硬度高低順序是：淬火、正火、退火。另外洛氏硬度試驗(yàn)對(duì)試樣是有要求的，其厚度不能小于殘余壓痕深度的10倍，試樣背面不能出現(xiàn)明顯的變形痕跡。由此試樣的厚度決定了試驗(yàn)力的選擇，試驗(yàn)力必須保證其所引起的變形小于試樣的最小厚度。對(duì)于每一種硬度試驗(yàn)，都存在最小可測(cè)量厚度。如下圖就是國(guó)標(biāo)中一些標(biāo)尺所對(duì)應(yīng)的試樣最小厚度曲線圖。
維 氏 硬 度
簡(jiǎn)介
維氏硬度（HV）：以120Kgf以內(nèi)的試驗(yàn)力和頂角為136°的正四棱錐金剛石壓頭用一定的試驗(yàn)力壓入試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度。用載荷值除以壓痕凹坑的表面積得到其硬度值。常用的試驗(yàn)力10Kgf。維氏硬度通常表示如下：594HV10，V前面的數(shù)值為硬度值，后面則為試驗(yàn)力，如果試驗(yàn)力保持時(shí)間不是通常的10-15秒，還需在試驗(yàn)力值后標(biāo)注保持時(shí)間。如：594HV10/20---采用10千克力的試驗(yàn)力，保持20秒，得到硬度值為594。下圖為維氏硬度的壓痕形狀：
維氏硬度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
GB/T 4340.1、ISO 6507、ASTM E384等。
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