洛氏硬度

洛氏硬度

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。洛氏硬度(HR)測試當被測樣品過小或者布氏硬度(HB)大於450時,就改用洛氏硬度計量。試驗方法是用一個頂角為120度的金剛石圓錐體或直徑為1.59mm/3.18mm的鋼球,在一定載荷下壓入被測材料表面,由壓痕深度求出材料的硬度。

基本信息

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。

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