洛氏、布氏、维氏硬度计的测试原理8页

1、硬度计的种类很多，这里重点介绍最常用的洛氏、布氏、维氏硬度计的测试原理。一、洛氏硬度的测量原理 洛氏硬度测量法是最常用的硬度试验方法之一。它是用压头(金刚石圆锥或淬火钢球)在载荷(包括预载荷和主载荷)作用下，压入材料的塑性变形浓度来表示的。通常压入材料的深度越大，材料越软；压入的浓度越小，材料越硬。图14-1表示了洛氏硬度的测量原理。图中：0-0：未加载荷，压头未接触试件时的位置。1-1：压头在预载荷P0(98.1N)作用下压入试件深度为h0时的位置。h0包括预载所引起的弹形变形和塑性变形。2-2：加主载荷P1后，压头在总载荷P= P0+ P1的作用下压入试件的位置。3-3：去除主载荷P1后但

2、仍保留预载荷P0时压头的位置，压头压入试样的深度为h1。由于P1所产生的弹性变形被消除，所以压头位置提高了h，此时压头受主载荷作用实际压入的浓度为h= h1- h0。实际代表主载P1造成的塑性变形深度。 h值越大，说明试件越软，h值越小，说明试件越硬。为了适应人们习惯上数值越大硬度越高的概念，人为规定，用一常数K减去压痕深度h的数值来表示硬度的高低。并规定0.002mm为一个洛氏硬度单位，用符号HR表示，则洛氏硬度值为： 为了扩大洛氏硬度的测量范围，可用不同的压头和不同的总载荷配成不同标度的洛氏硬度。洛氏硬度共有15种标度供选择，它们分别为：HRA，HRB，HRC，HRD，HRE，HRF，HR

3、G，HRH，HRK，HRL，HRM，HRP，HRR，HRS，HRV。其中常用的几种标度列表如下：表14-1 各种洛氏硬度值的符号及应用标度符号压头总载荷N(kg)表盘上刻度颜色常用硬度值范围应用举例HRA金刚石圆锥588.6(60)黑色7085碳化物、硬质合金、表面淬火钢等HRB1.588mm钢球981(100)红色25100软钢、退火钢、铜合金HRC金刚石圆锥1471.5(150)黑色2067淬火钢、调质钢等HRD金刚石圆锥981(100)黑色4077薄钢板、中等厚度的表面硬化工件HRE3.175mm钢球981(100)红色70100铸铁、铝、镁合金、轴承合金HRF1.588mm钢球588.

4、6(60)红色40100薄板软钢、退火铜合金HRG1.588mm钢球1471.5(150)红色3194磷青铜、铍青铜HRH3.175mm钢球588.6(60)红色铝、锌、铅二、布氏硬度的测量原理 选择一事实上的载荷P，把直径为D的淬火钢球压入试件表面并保持一定时间，然后卸去载荷，测量钢球在试样表面压出的压痕直径d，计算出压痕面积，算出载荷P与压痕面积的比值，这个比值所表示的硬度就是布氏硬度，用符号HB表示。布氏硬度的测量原理如图11-2所示。设压痕的深度为h，则压痕的球冠面积为：(14-2)式中：P测试用的载荷(kg)； D压头钢球的直径(mm)； d压痕直径(mm)； F压痕面积(mm2)。

5、 布氏硬度的单位为kg/mm2，这是目前各国文献中常用的单位，通常只给出数值而不写单位，如HB200，若要换算成国际单位MPa，需要将硬度值乘以9.81。布氏硬度的压头钢球直径有2.5mm，5mm，10mm三种，载荷有15.6kg、62.5kg、182.5kg、250kg、750kg、1000kg、3000kg七种。可根据材料的软硬不同选择配合使用。为了在不同直径的压头和不同载荷下进行测试时，同一种材料的布氏硬度值相同。压头的直径与载荷之间要满足相似原理。相似原理是指在均质材料中，只要压入角(即从压头圆心压痕两端的连线之间的夹角)不变，则不论压痕大小，金属的平均抗力相等。如图14-3所示。德国

6、的迈耶尔(Mayer)通过试验得出重要经验关系。当d/D0.1时，压痕直径d与载荷的关系为： (14-3) 这个公式称为迈耶尔定律。他还得出如下的结论：当使用的压头直径不同时，指数n几乎与D无关，而常数a则随D值的增大而减小，且： 此式说明，在进行布氏硬度测试时，只要使P/D2为一常数，就可以使压入角保持不变，从而保持了几何形状相似的压痕。 所以在布氏硬度测量中只要满足P/D2为常数，则同一材料测得的布氏硬度值是相同的。不同材料测得的布氏硬度值也可以进行比较。P/D2的数值不是随便规定的，各种材料软硬相差很大。如果只规定一个P/D2的值，对于较硬的材料，压入角会太小；对于较软的材料，压入角又会

7、很大。若压入角太小，压痕就小，测量误差就会很大。当入压角较大但小于90时，压痕直径随压入深度增加有较大变化，有利于测量。但当压入角大小90时，随压入深度的增加，压痕变化较小。为了提高测量精度，通常使0.252值。国家标准规定P/D2的比值为30、10、25三种。在测量中对较软的材料因塑性变形较大，施加载荷应小一些。布氏硬度仪的试验规范列表 金属类型布氏硬度范围HB试件厚度mm载荷P与压头直径D的关系钢球直径D,mm载荷P,kg载荷保持时间，s黑色金=30D2105.02.53000750187.51066313063432P=30D2105.02.5300075018

8、7.530361309-3636633P=2.5D2105.02.525062.515.630表14-2三、维氏硬度的测量原理 维氏硬度的测量原理基本上和布氏硬度相同，所不同的是用金刚石正四棱锥压头。正四棱锥两对面的夹角为136，底面为正方形，如图14-4所示。维氏硬度所用的载荷有1kg、3kg、5kg、10kg、20kg、30kg、50kg、100kg、120kg等，负载的选择主要取决于试件的厚度。 在载荷P的作用下压头在试样表面压出一个底面为正方形的正四棱锥压痕。用显微镜测定方坑对角线长度d，维氏硬度值HV等于所用载荷与压痕面积的比值。压痕面积F为： 则： 式中：P载荷；d压痕直径；F压痕面积。 当载荷P已知时，只要测得压痕对角线长度d，就可以求出维氏硬度值。通常是在测量d值后从压印对角线与维氏硬度对照表中查出相应的硬度值。角选择136是为了使维氏硬度得到一个