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1、硬度基础知识,三部研究二所 研究三部 研发一科2011.02.15,目录,概述,布氏硬度的测试方法,金属洛氏硬度试验方法,维氏硬度的测试方法,显微维氏硬度的测试方法,各种硬度测试的误差与优缺点,一、概述,硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标，是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度的测量可分为压入法、刻划法、回跳法和摆动法。在机械工业中广泛采用压入法来测量硬度与其它机械性能相比，硬度实验简单易行，又无损于零件，因此在工业中被广泛应用。,金属硬度实验方法国家标准及使用范围,由于各种硬度实验方法和所根据的原理各有不同，各组成物理量在不同的方法中的作用也不一样，所以不同方法所得
2、的硬度间没有简单准确的互换关系。而现存的换算表是根据同类材料在相同状态下和一定硬度范围内进行比较实验的数据，经过分析比较，而归纳出来的经验关系，有其一定的实用价值。,各种硬度值之间的关系,1、基本原理 布氏硬度试验的原理是用一定直径D（mm）的淬火钢球或硬质合金球，以规定的实验力P（Kgf或N）压入试样表面，经规定时间t秒后卸出试验力，试样表面将残留压痕,通过压痕的深度表征材料的硬度值。,二、布氏硬度的测试方法（1/3）,2、布氏硬度表示方法：,硬度值一般不标单位。当压头为淬火钢球时，用HBS表示；当压头为硬质合金时，用HBW表示。符号HBS或HBW之前写出硬度值，符号后面用数字依次表示压头直
3、径、试验力及试验力保持时间（1015 s不标）等试验条件。例如，150HBS10/1000/30。,一般在零件图或工艺文件上标注材料要求的布氏硬度时，不规定试验条件，只需标出要求的硬度值范围和硬度符号，如210230HBS。,布氏硬度的测试方法（2/3）,3、布氏硬度测定的技术要求（1）试样表面要与试验台平行，并有一定的光洁度，以使压痕边缘清晰，保证精确测量压痕直径d。（2）压痕应距试样边缘D（钢球直径），两压痕之间的距离2D。（3）测定压痕直径时，应在相互垂直的方向上测量直径，取其平均值为d。（4）为表明试验条件，可在HB值后标注D/P/T，如HB 10/3000/10，即表示此硬度值是在D
4、=10mm，P=3000Kgf，T=10秒的条件下得到的。,布氏硬度的测试方法（3/3）,洛氏硬度与布氏硬度试验一样，也是一种压痕实验法，但洛氏硬度不是测量压痕的面积，而是测量压痕的深度，以深度的大小表示材料的硬度值。洛氏硬度试验是在先后两次施加负载（初负荷PO及主负荷P1）的条件下，将标准压头压入试样表面来进行的。标准压头有两种，一种是顶角为120的金刚石圆锥，另一种是（1/16）（1.588）的淬火钢球。根据材料软硬程度不一，可选用不同的压头和载荷配合使用。,三、金属洛氏硬度试验方法(1/3),采用不同的压头和总负荷组成不同的洛氏硬度标度，其中最常用的HRA,HRB,HRC,其试验规范及应
5、用范围见表。,金属洛氏硬度试验方法(2/3),补充洛氏硬度值类别(3/3),维氏硬度适用范围大，测量精度高，破坏作用小，所以是较理想的硬度测定方法。它适用于各种金属，各种状态硬度的测定。维氏硬度的测定原理基本上和布氏硬度相同，也是根据压痕单位面积上的载荷来计量硬度值的。,四、维氏硬度的测试方法（1/4）,不同的是维氏硬度用的压头是两相对面间的夹角为136度的金刚石正四棱锥体。在载荷P的作用下，在试样表面上压出一个四方锥形的压痕（凹坑）。测量压痕对角线的长度d，以计算压痕的表面积。以载荷P除以表面积的数值表示维氏硬度HV.,维氏硬度的测试方法（2/4）,载荷P可以从1Kg100Kg范围内根据试样
6、大小，厚薄进行选择。压痕对角线长度是用附在目镜上的测微计进行测量的。应测量两条对角线，并求其算术平均值作为压痕对角线长度d，然后用公式计算或根据d值和负荷查表获得Hv。由于维氏硬度采用的是正四棱锥压头，所以无论在多大允许负荷下所得压痕的几何形状都是相似的，而且当材料硬度一定时，P与d2成比例的变化。结果使材料的硬度与负荷大小无关。,维氏硬度的测试方法（3/4）,维氏硬度的操作：（1）根据试样的厚度和硬度范围在1100Kgf之间选择负荷，在允许范围内尽可能选择较大的载荷，以提高测量的准确性，并减小表面组织不均匀带来的影响。（2）试样试验面平滑光洁。目镜聚焦后，平稳加载，压痕中心至试样边缘不小于2
7、.5倍对角线长度。（3）卸载后，聚焦，用目镜测微尺测量每个压痕的两条对角线长d1、d2 取平均值d。查表或带入公式计算出维氏硬度值，每个试样至少测三个点以上。,维氏硬度的测试方法（4/4）,显微硬度试验原理与维氏硬度完全相同。所不同的只是所加负荷小一些。一般小于200gf，压痕对角线长度以微米计量。显微硬度主要用来测定各种组成相的硬度，以及进行微区性质分析。显微硬度压头也是正四棱角锥，两对面夹角136度，计算公式为：Hm=1854.4P/d2(Kgf/mm2)式中P为负荷，单位克；d是压痕对角线长度，单位微米。测量出d值后，可查表或计算求得显微硬度值。显微硬度由于压痕较小，当负荷较小时压痕因弹
8、性恢复收缩的比例大压痕的大，测得的硬度值偏高。所以尽量采用大载荷，以减少误差。,五、显微维氏硬度的测试方法（1）,显微硬度试验的操作：试样应按试样磨片一样精心制备，将试样平稳地放在工作台上，再光学系统中进行调焦。使图象清晰。在视场中找到需测硬度的部位。工作台逆时针转180。使试样从显微视场中移到压头下加载（载荷可在1g200g中选用）。转动加载手柄，加载。保持1015秒后，卸载。（有色金属保持30秒）。将试样移回显微镜中。在显微镜中测量压痕对角线长度。首先使目镜中交叉十字线与压痕的棱边重合，然后转动目镜鼓轮，使十字线对准压痕的另一个棱边，两次读数之差，即为压痕对角线长度的格数。（检测中心显微硬
9、度计配备CCD镜头，可以直接读出硬度值，操作更为简单）,显微维氏硬度的测试方法（2）,六、各种硬度测试的误差与优缺点,硬度指标的表示方法和实际应用,布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、显微维氏硬度,布氏硬度试验的优缺点：,1 布氏硬度,优点是测定的数据准确、稳定、数据重复性强，常用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。,缺点是对不同材料需要更换压头和改变载荷，且压痕较大，压痕直径的测量也较麻烦，易损坏成品的表面，故不宜在成品上进行试验。,2 洛氏硬度(1/3),洛氏硬度是用压痕深度作为洛氏硬度值的计量即，符号用HR表示，其计算公式为：,压头类型：,洛氏硬度(2/3),淬火钢球压头多用于测定
10、退火件、有色金属等较软材料的硬度，压入深度较深；金刚石压头多用于测定淬火钢等较硬材料的硬度，压入深度较浅。,采用不同的压头与总试验力，组合成几种不同的洛氏硬度标尺。我国常用的是HRA、HRB、HRC三种，其中HRC应用最广。洛氏硬度无单位，须标明硬度标尺符号，在符号前面写出硬度值，如58HRC、76HRA。,试验规范及表示方法:,洛氏硬度试验的优缺点：,洛氏硬度(3/3),优点是操作迅速、简便，硬度值可从表盘上直接读出；压痕较小，可在工件表面试验；可测量较薄工件的硬度，因而广泛用于热处理质量的检验。,缺点是精确性较低，硬度值重复性差、分散度大，通常需要在材料的不同部位测试数次，取其平均值来代表
11、材料的硬度。此外，用不同标尺测得的硬度值彼此之间没有联系，也不能直接进行比较。,3 维氏硬度(1/2）,维氏硬度也是以单位压痕面积的力作为硬度值计量。试验力较小，压头是锥面夹角为136的金刚石正四棱锥体，见图所示。维氏硬度用符号HV表示。,维氏硬度表示方法：,在符号HV前方标出硬度值，在HV后面按试验力大小和试验力保持时间（1015s不标出）的顺序用数字表示试验条件。例如：640HV300。,维氏硬度试验的优缺点：,维氏硬度（2/2）,优点是可测软、硬金属，特别是极薄零件和渗碳层、渗氮层的硬度，其测得的数值较准确，并且不存在布氏硬度试验那种载荷与压头直径比例关系的约束。此外，维氏硬度也不存在洛氏硬度那样不同标尺的硬度无法统一的问题，而且比洛氏硬度能更好地测定薄件或薄层的硬度。,缺点是硬度值的测定较为麻烦，工作效率不如洛氏硬度，因此不太适合成批生产的常规检验。,Thank you!,
