洛氏硬度
套用壓入法,在規定的外載入荷下,將規定直徑的鋼球或錐角為120°的金剛石壓頭壓入被測試的材料表面,而產生凹痕,用所測凹痕的深度表示的硬度即為洛氏硬度。
洛氏威爾硬度是套用最廣的一種硬度試驗方法,屬於壓入硬度法。由美國冶金學家洛克威爾 (S.P.Rockwell)首先提出,因此得名。
和布氏硬度一樣,洛氏硬度也是壓痕試驗法,所不同的是它不是測定壓痕直徑的大小,而是測定壓痕的深度,洛氏硬度適用於測定極薄或極硬的金屬材料,但對組織不均勻的材質,其測量值不如布氏硬度準確。
洛氏硬度必須標出選用的壓頭和載荷。其測試負荷大、壓痕深、不適用於薄材及表面硬化層。對材料表層硬度的測試另有洛氏表面硬度標度。
與其他硬度試驗相比,洛氏硬度試驗的優點是簡便迅速,壓痕較小,測定範圍廣; 缺點是代表性較差,數據重複性不好。
表面洛氏硬度
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覆層時,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。
洛氏硬度分類
洛氏硬度試驗採用三種試驗力,三種壓頭,它們共有9種組合,對應於洛氏硬度的9個標尺。這9個標尺的套用涵蓋了幾乎所有常用的金屬材料。
用洛氏硬度計測定的硬度值,以HR表示。金屬材料使用C標度、A標度、B標度,故其硬度分別以HRC、HRA、HRB表示。
HRC
HRC是用金剛石圓錐壓頭作壓入物,HRC所加負荷為150千克,載荷1470N,頂角120°,適用於較硬的鋼材。
HRA
HRA是用金剛石圓錐壓頭作壓入物,HRA所加負荷為60千克,載荷588 N,頂角120°,適用於很硬或很薄的金屬材料,如硬質合金的硬度指標就是HRA。
HRB
HRB這種洛氏硬度是用直徑為1 /16″ (1.588毫米) 的鋼球作壓入物,所加負荷為100千克,載荷980N,適用於較軟的鋼材、鑄鐵及有色金屬材料。
換算關係
由美國標準ASTME140可以獲得以下換算關係:
27HRA≈30HRB
60HRA≈100HRB≈20HRC
85.6HRA≈68HRC
洛氏硬度試驗
做洛氏威爾硬度試驗時,將金剛石圓錐壓頭 (頂角120°) 或鋼球壓頭 (直徑 1.588mm)分兩次載入,先加初載荷 ,再加主載荷 。然後卸除 ,在 繼續作用下由測得的殘餘壓入深度值e ( 所引起的)計算。e相當於壓頭向下軸向移動的距離,e值越大, 硬度越低。一個洛氏硬度值等於 0.002mm的距離。
洛氏硬度以符號 HR表示,按所用標尺分為HRA、 HRB和HRC。其硬度值可分別按下列公式計算:
用A及C標尺時,HR= 100-e,用B標尺時,HR=130-e。
e 值用以下公式計算可得。
在式中, h為在初載荷作用下壓頭壓入表面 的深度(mm),h為施加總載荷後卸除主載荷在 繼續作用下壓頭壓入深度(mm)。
載荷與測量範圍
洛氏硬度的載荷與測量範圍如下表所示:
符號 | 總載荷( ) ( ) | 標尺使用範圍 | 壓頭種類 | |
標尺 | 硬度值 | |||
A | HRA | 60 | 70~86 | 金剛石 圓錐體 |
B | HRB | 100 | 25~100 | 鋼球 |
C | HRC | 150 | 20~70 | 金剛石 圓錐體 |
洛氏硬度的測量有效範圍為:淬火鋼、調質鋼、深層表面硬化鋼,HRC為20~67;碳化物、硬質合金、淺層表面硬化鋼,HRA 為70~85;軟鋼、銅合金、鋁合金、灰口鑄鐵,HRB為25~100。
洛氏硬度計
洛氏硬度計(Rockwell apparatus)在硬度檢測法下孕育而生,洛氏硬度計先後經歷了兩次改進,最終奠定了現代洛氏硬度計的設計雛形。
隨著工業經濟的發展,洛氏硬度計在工廠金屬製品的檢測領域得到廣泛套用,成為檢驗金屬製品質量和提升加工工藝的重要手段。
隨著工業加工技術的進步,洛氏硬度計一直被使用,與布氏、維氏硬度檢測法一樣,成為三種最常用的硬度檢測法之一。洛氏硬度計檢測方法已日趨完善,操作既簡單又快捷,可直接通過光學投影屏、顯示屏讀數。
洛氏硬度計可完成各種黑色、有色金屬、鋼材及一定厚度的板材、熱噴塗層、硬質合金和冶金材料的硬度測量。但在測量範圍上,洛氏硬度計只適用於板材厚度大於1mm和圓棒直徑為3mm的產品硬度測量,不適用於小產品的硬度測量。
當前,洛氏硬度計主要分為電動型、磁力型和觸控螢幕型,有HR-150A型手動袼氏硬度計、HR-150DT型電動洛氏硬度計、HRM-45型電動表面洛氏硬度計、HRS-150型數顯洛氏硬度計、HD9-45型光學表面洛氏硬度計及TH3200全自動洛氏硬度計等產品系列。
硬度計上裝有百分表頭,由表頭可直接讀出材料的硬度值,如HRC50表示C標尺測量的洛氏硬度值為50。洛氏硬度法壓痕小,可用於成品件的硬度測定,其測定方法簡便迅速。洛氏硬度試驗方法詳見中華人民共和國國家標準GB230。
洛氏硬度試驗意義
洛氏硬度試驗是一種根據經驗的缺口硬度測試。它的全世界範圍的採用則是由於其試驗方法提供了許多優勢。這種測試是快速的,廉價的,並相對無破壞性的,僅僅是套用在材料上的小缺口上。
在洛氏硬度機器上的簡單的操作性也提供了更多的優點,洛氏硬度試驗通常不要求非常熟練的操作員。為了與其他材料特性相關,洛氏硬度試驗還能夠給出金屬材料的一些重要信息抗張硬度,抗磨力和延展性。
這種試驗通常對於原料的挑選,工藝和質量控制,以及民用產品的驗收測試很有益處。
因此,在今天的生產設施中,從某些生產設備的熱、油滑環境,到環境可控的冶金相學和校準實驗室,幾乎每種試驗環境中都可以找到洛氏硬度機器的使用。