1.洛氏、布氏、维氏硬度测定的原理和方法
(1)洛氏硬度(HR)
测量洛氏硬度的试验方法是用一个顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.59 mm/3.18 mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕深度求出材料的硬度。根据实验材料硬度的不同,可分不同标度来表示。表1-2和表1-3所示分别为常用洛氏硬度和表面洛氏硬度标尺技术条件。
表1-2 常用洛氏硬度标尺技术条件
表1-3 表面洛氏硬度标尺技术条件
(2)维氏硬度(HV)
维氏硬度是以49.03~980.7 N的负荷,将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入工件材料表面,保持规定时间后,测量压痕对角线长度,再按公式来计算硬度的大小。它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。
维氏硬度有小负荷维氏硬度,试验负荷为1.961~49.03 N,适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定;显微维氏硬度,试验负荷<1.961 N,适用于金属箔、极薄表面层的硬度测定。
维氏硬度的使用:
300 HV30——表示采用294.2 N(30 kg)的试验力,保持时间10~15 s时得到的硬度值为300。
450 HV30/25——表示采用294.2 N(30 kg)的试验力,保持时间25 s时得到的硬度值为450。
图1-22 布氏硬度的测定原理
(3)布氏硬度(HB)
布氏硬度的测定原理(图1-22)是用一定大小的试验力F(N),把直径为D(mm)的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面,保持规定时间后卸除试验力,用读数显微镜测出压痕平均直径d(mm),然后按公式求出布氏硬度HB值,或者根据d从已备好的布氏硬度表中查出HB值。
布氏硬度测量法适用于铸铁、非铁合金、各种退火及调质的钢材,不宜测定太硬、太小、太薄和表面不允许有较大压痕的试样或工件。
GB/T 231—2009规定,金属材料在做布氏硬度试验时,常用的0.102F/D2的值有30、10、2.5三种,根据金属材料的种类、试样硬度范围和厚度的不同,按表1-4布氏硬度试验规范选择试验压头(钢球)的直径D、试验力F及保持时间。
表1-4 布氏硬度试验规范
2.洛氏硬度计的构造与操作及洛氏硬度测量方法
(1)洛氏硬度计的构造与操作
洛氏硬度计类型较多,外形构造各不相同,但构造原理及主要部件相同。HR-150型洛氏硬度计结构如图1-23所示。
图1-23 HR-150型洛氏硬度计结构
1—指示器;2—加载手柄;3—缓冲器;4—砝码座;5,6—砝码;7—吊杆;8—吊套;9—机体;10—加载杠杆;11—顶杆;12—指示器表盘;13—压轴;14—压头;15—试样;16—工作台;17—升降丝杠;18—手轮
试验时将试样15放在工作台16上,按顺时针方向转动手轮18,使工作台上升至试样15与压头14接触。继续转动手轮,通过压头14和压轴13顶起顶杆11,并带动指示器表盘12的指针转动,待小指针指到黑点时,试样即已加上98 N的强载荷,随后转动指示器表盘使大指针对准“0”(测HRB时对准“30”),按下按钮释放转盘。在砝码的作用下,顶杆11在缓冲器3的控制下均匀缓慢下降,主载荷通过杠杆、压轴和压头作用于试样上。停留规定时间后,扳动加载手柄2,使转盘顺时针方向转动至原来被锁住的位置,转盘上齿轮使扇齿轮、齿条同时运动而将顶杆顶起卸掉主载荷,这时指针所指的读数(HRC、HRA读C标尺,HRB读B标尺)即为所求的洛氏硬度值。
(2)洛氏硬度测量方法(www.xing528.com)
洛氏硬度测量方法主要分为以下几步。
1)选择压头及载荷。
2)根据试件大小和形状选择载物台。
3)将试件上下两面磨平,然后置于载物台上。
4)加预载荷。按顺时针方向转动升降机构的手轮,使试样与压头接触,并观察读数百分表,至其小指针移动到小红点为止。
5)调整读数表盘,使百分表盘上的长针对准硬度值的起点。如测量HRC、HRA硬度时,使长针与表盘上黑字G处对准;测量HRB时,使长针与表盘上红字B处对准。
6)加主载荷。平稳地扳动加载手柄,手柄自动升高到停止位置(时间为5~7 s),并停留10 s。
7)卸除主载荷。扳回加载手柄至原来位置。
8)读数。表上长指针指示的数字为硬度的读数。HRC、HRA读黑数字,HRB读红数字。9)下降载物台,取出试件。
10)用同样方法在试件的不同位置测三个数据,取其算术平均值为试件的硬度值。
各种洛氏硬度的硬度值之间及洛氏硬度与布氏硬度的硬度值之间都有一定的换算关系。对钢铁材料而言,大致有下列关系式:
HB≈2 HRB
HB≈10 HRC(只在40~60 HRC范围内)
HRC≈2 HRA-104
(3)洛氏硬度测量注意事项
1)试件的准备。试件表面应磨平且无氧化皮和油污等;试件形状应能保证试验面与压头轴线相垂直;测试过程应无滑动。
2)试件的最小厚度应不小于压入深度的8倍,测量后试件的支撑面上不应有变形痕迹。
3)压痕间距或压痕与试件边缘距离:HRA>2.5 mm,HRC>2.5 mm,HRB>4 mm。
4)不同的洛氏硬度有不同的适用范围,应按表1-2选择压头及载荷。这是因为当超出规定的测量范围时,准确性较差。例如102 HRB、18 HRB等的写法是不准确的,不宜使用。
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