測試
表面洛氏硬度試驗採用三種試驗力,兩種壓頭,它們有6種組合,對應於表面洛氏硬度的6個標尺。表面洛氏硬度試驗是對洛氏硬度試驗的一種補充,在採用洛氏硬度試驗時,當遇到材料較薄,試樣較小,表面硬化層較淺或測試表面鍍復層時,就應改用表面洛氏硬度試驗。這時採用與洛氏硬度試驗相同的壓頭,採用只有洛氏硬度試驗幾分之一大小的試驗力,就可以在上述試樣上得到有效的硬度試驗結果。表面洛氏硬度的N標尺適用於類似洛氏硬度的HRC、HRA和HRD測試的材料;T標尺適用於類似洛氏硬度的HRB、HRF和HRG測試的材料。
HRC標尺的使用範圍是20~70HRC,當硬度值小於20HRC時,因為壓頭的圓錐部分壓入太多,靈敏度下降,這時應改用HRB標尺。儘管HRC標尺被規定的上限值為70HRC,但是當試樣硬度大於67HRC時,壓頭尖端承受的壓力過大,金剛石容易損壞,壓頭壽命會大大縮短,因此一般應改用HRA標尺。
HRA標尺的使用範圍是20-88HRA,由美國標準ASTM E140可以獲得以下換算關係:
27HRA≈30HRB
60HRA≈100HRB≈20HRC
85.6HRA≈68HRC
可見,HRA標尺的測試範圍涵蓋了從軟鋼(HRB)、硬鋼(HRC)到硬質合金的硬度範圍。然而,事實上HRA標尺很少用於測試軟鋼,主要用於測試薄硬鋼板、深層滲碳鋼和硬質合金。在硬質合金方面,由於技術進步,有些材料硬度已達到93-94HRA,這已超出標準規定。工程上超出HRA高端的測量範圍已成為慣例。HRA標尺有一個特殊用途。在使用洛氏硬度計測試鋼試樣時,如果不知試樣是軟鋼還是硬鋼,可先用HRA標尺試測一下,當硬度值小於60HRA時可改用HRB標尺,當硬度值大於60HRA時可改用HRC標尺。
HRB標尺的使用範圍是20~100HRB,當硬度值低於20HRB時,由於鋼球的壓入深度過大,金屬蠕變加劇,試樣在試驗力作用下的變形時間延長,測試值準確度降低,此時應改用HRF標尺。當硬度值大於100HRB時,因為鋼球壓入深度過淺,靈敏度降低,精度下降,此時應改用HRC標尺。在使用HRB標尺測試鋼試樣時,一個特別值得注意的地方是:當預先不知道試樣是軟鋼還是硬鋼時,決不可使用HRB標尺做測試,因為用鋼球壓頭誤測了淬火鋼,鋼球就可能會變形,鋼球壓頭就會損壞,這是鋼球壓頭損壞的主要原因。遇到這種情況時應先用金剛石壓頭,用HRA標尺測試一下,再決定是用HRB還是用HRC。
HRF標尺的使用範圍是60~100HRF。HRF標尺是國外使用較多的一個標尺,它是測試純銅和較軟的銅合金材料很好的檢測手段。但是在中國,也存在標準硬度塊短缺的問題,它的套用也受到了限制。
HRG標尺適用於HRB值接近100的材料,對於鈹青銅、磷青銅、可鍛鑄鐵這些硬度範圍介於HRB標尺的高端和HRC標尺低端的材料,如果改用HRG標尺,就可以大大改善測試的靈敏度,提高測試精度。
分為金屬類洛氏硬度,塑膠類洛氏硬度(HRR)
區別和換算
鋼材的硬度:金屬硬度(Hardness)的代號為H。按硬度試驗方法的不同,
●常規表示有布氏(HB)、洛氏(HRC)、維氏(HV)、里氏(HL)硬度等,其中以HB及HRC較為常用。
●HB套用範圍較廣,HRC適用於表面高硬度材料,如熱處理硬度等。兩者區別在於硬度計之測頭不同,布氏硬度計之測頭為鋼球,而洛氏硬度計之測頭為金剛石。
●HV-適用於顯微鏡分析。維氏硬度(HV)以120kg以內的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面,用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值,即為維氏硬度值(HV)。
●HL手提式硬度計,測量方便,利用衝擊球頭衝擊硬度表面後,產生彈跳;利用沖頭在距試樣表面1mm處的回彈速度與衝擊速度的比值計算硬度,公式:里氏硬度HL=1000×VB(回彈速度)/ VA(衝擊速度)。
●目前最常用的攜帶型里氏硬度計用里氏(HL)測量後可以轉化為:布氏(HB)、洛氏(HRC)、維氏(HV)、肖氏(HS)硬度。或用里氏原理直接用布氏(HB)、洛氏(HRC)、維氏(HV)、里氏(HL)、肖氏(HS)測量硬度值。時代公司生產的TH系列裡氏硬度計就有此功能,是傳統台式硬度機的有益補充!”1、HB - 布氏硬度:
布氏硬度(HB)一般用於材料較軟的時候,如有色金屬、熱處理之前或退火後的鋼鐵。洛氏硬度(HRC)一般用於硬度較高的材料,如熱處理後的硬度等等。
布式硬度(HB)是以一定大小的試驗載荷,將一定直徑的淬硬鋼球或硬質合金球壓入被測金屬表面,保持規定時間,然後卸荷,測量被測表面壓痕直徑。布式硬度值是載荷除以壓痕球形表面積所得的商。一般為:以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面,保持一段時間,去載後,負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)。(關於布式硬度(HB)
2、HR-洛式硬度
洛式硬度(HR-)是以壓痕塑性變形深度來確定硬度值指標。以0.002毫米作為一個硬度單位。當HB>450或者試樣過小時,不能採用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球,在一定載荷下壓入被測材料表面,由壓痕的深度求出材料的硬度。根據試驗材料硬度的不同,分三種不同的標度來表示:
HRA:是採用60kg載荷和鑽石錐壓入器求得的硬度,用於硬度極高的材料(如硬質合金等)。
HRB:是採用100kg載荷和直徑1.59mm淬硬的鋼球,求得的硬度,用於硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。
HRC:是採用150kg載荷和鑽石錐壓入器求得的硬度,用於硬度很高的材料(如淬火鋼等)。
另外:
(1)HRC含意是洛式硬度C標尺,
(2)HRC和HB在生產中的套用都很廣泛
(3)HRC適用範圍HRC 20--67,相當於HB225--650
若硬度高於此範圍則用洛式硬度A標尺HRA。若硬度低於此範圍則用洛式硬度B標尺HRB。布式硬度上限值HB650,不能高於此值。
(4)洛氏硬度計C標尺之壓頭為頂角120度的金剛石圓錐,試驗載荷為一確定值,中國標準是150公斤力。
布氏硬度計之壓頭為淬硬鋼球(HBS)或硬質合金球(HBW),試驗載荷隨球直徑不同而不同,從3000到31.25公斤力。
(5)洛式硬度壓痕很小,測量值有局部性,須測數點求平均值,適用成品和薄片,歸於無損檢測一類。
布式硬度壓痕較大,測量值準,不適用成品和薄片,一般不歸於無損檢測一類。
(6)洛式硬度的硬度值是一無名數,沒有單位。(因此習慣稱洛式硬度為多少度是不正確的。)
布式硬度的硬度值有單位,且和抗拉強度有一定的近似關係。
(7)洛式硬度直接在錶盤上顯示、也可以數字顯示,操作方便,快捷直觀,適用於大量生產中。
布式硬度需要用顯微鏡測量壓痕直徑,然後查表或計算,操作較繁瑣。
樣品要求
洛氏硬度試驗需要按照試樣的材質、硬度範圍及尺寸來選擇不同的壓頭及試驗力,使用不同的標尺表示。洛氏硬度計和表面洛氏硬度計的標尺通常按材料種類、材料厚度和標尺的刻度範圍三方面的因素來選擇,具體選擇方法敘述如下:
按材料種類選擇
十五個標尺中,後六個標尺為表面洛氏硬度。前九個標尺中,常用的標尺為A、B、C標尺。
A標尺多用於測量碳化鎢、硬質合金、表面硬化零件等等的硬度;
B標尺多用於測量有色金屬、合金及退火鋼等低硬度的零件的硬度;
C標尺多用於測量碳鋼、工具鋼及合金鋼等經淬火、回火處理的試樣的硬度。
按材料選擇並不是一種嚴格的做法。因為每一種材料隨著其所採用的不同的熱處理工藝,其最終硬度不可能相同,因此所適應的硬度標尺也不會相同。
Scale | Indenter | Preliminary force P (N) | Total force F (N) | Application |
HRA | Diamond cone | 98.07 | 588.4 | Sheet steel: shallow case-hardened |
HRB | Ball 1.5875 mm dia. | 98.07 | 980.7 | Cu and Al alloys; annealed low C steels |
HRC | Diamond cone | 98.07 | 1471 | Hard steels; CI, deep case-hardened |
HRD | Diamond cone | 98.07 | 980.7 | Thin hard steel; med. case-hardened |
HRE | Ball 3.175 mm dia. | 98.07 | 980.7 | Cast iron; Al; Mg; and bearing metals |
HRF | Ball 1.5875 mm dia. | 98.07 | 588.4 | Annealed Cu alloys; thin soft sheets |
HRG | Ball 1.5875 mm dia. | 98.07 | 1471 | Malleable CI; bronzes; Cu-Ni alloys |
HRH | Ball 3.175 mm dia. | 98.07 | 588.4 | Soft materials; high ferritic; Al; Pb; Zn |
HRK | Ball 3.175 mm dia. | 98.07 | 1471 | Al and Mg alloys |
HRL | Ball 6.350 mm dia. | 98.07 | 588.4 | Thermoplastics |
HRM | Ball 6.350 mm dia. | 98.07 | 980.7 | Thermoplastics |
HRP | Ball 6.350 mm dia. | 98.07 | 1471 | Thermosetting plastics |
HRR | Ball 12.70 mm dia. | 98.07 | 588.4 | Very soft plastics and rubbers |
HRS | Ball 12.70 mm dia. | 98.07 | 980.7 | - |
HRV | Ball 12.70 mm dia. | 98.07 | 1471 | - |
HR15N | Diamond cone | 29.42 | 147.1 | Hardness tests used for thin sheets, foils, coatings, surface heat treatments, and polymers including their surface treatments |
HR30N | Diamond cone | 29.42 | 294.2 | |
HR45N | Diamond cone | 29.42 | 441.3 | |
HR15T | Ball 1.5875 mm dia. | 29.42 | 147.1 | |
HR30T | Ball 1.5875 mm dia. | 29.42 | 294.2 | |
HR45T | Ball 1.5875 mm dia. | 29.42 | 441.3 | |
HR15W | Ball 3.175 mm dia. | 29.42 | 147.1 | |
HR30W | Ball 3.175 mm dia. | 29.42 | 294.2 | |
HR45W | Ball 3.175 mm dia. | 29.42 | 441.3 | |
HR15X | Ball 6.350 mm dia. | 29.42 | 147.1 | |
HR30X | Ball 6.350 mm dia. | 29.42 | 294.2 | |
HR45X | Ball 6.350 mm dia. | 29.42 | 441.3 | |
HR15Y | Ball 12.70 mm dia. | 29.42 | 147.1 | |
HR30Y | Ball 12.70 mm dia. | 29.42 | 294.2 | |
HR45Y | Ball 12.70 mm dia. | 29.42 | 441.3 | |
按樣品的硬度範圍選擇
1:樣品硬度與材料成分及熱處理工藝的關係! 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。對應於相同的材料,由工藝引起的硬度高低是:淬火、正火、退火。
2:各種洛氏硬度標尺的適應範圍。每種洛氏硬度標尺都有一個可用範圍,這一點很容易從硬度計刻度盤上的分度來確定。
不同洛氏硬度標尺(不包括表面洛氏硬度標尺)的使用範圍如下:
標尺 | 使用範圍 | 硬度符號 |
A | 20-88HRA | HRA |
B | 20-100HRB | HRB |
C | 20-70HRC | HRC |
D | 40-77HRD | HRD |
E | 70-100HRE | HRE |
F | 60-100HRF | HRF |
G | 30-94HRG | HRG |
H | 80-100HRH | HRH |
K | 40-100HRK | HRK |
按厚度或硬化層深度
洛氏硬度試驗對樣品試樣有要求,其厚度不能小於殘餘壓痕深度的10倍,試樣背面不能出現明顯的變形痕跡。由此樣品的厚度決定了載荷的選擇,載荷必須保證其所引起的變形小於樣品的最小厚度。對於每一種硬度試驗,都存在最小可測量厚度。