硬度计基本原理

1、.附录一硬度计基本原理一、布尔硬度（ HB ）1、基本原理将载荷 P 和直线为 D 的淬火钢球压入试样的表面，并保持一定时间，然后去除载荷 P，测量压痕直径d，见图 1 所示。最后计算出布氏硬度值。计算公式如下：若压痕的深度为h，则压痕的面积为FDhD (DD 2d 2 )2P2PHBD 2d 2 )FD (D图 1 布尔硬度计测量原理图式中 P 计算平均压力，以此人为试样硬度值，称布氏硬度值，以符号HBF表示。P施加的载荷；F压痕的表面积；D钢球的直径；d压痕直径。在 P 和 D 一定的情况，布氏硬度的高低取决于压痕的直径d，d 越大，表明材料的 HB 值越低即材料软；反之材料硬度高即HB

2、值越大。在具体测量时，并不是每次都按上述公式去算，而是根据D 与 P 值的大小，测量出痕压的直径d，然后查表即得，这种表格就是根据上述公式计算制出的，可参考附录一。由于材料有硬有软，工件有厚、薄、大、小之分，为适应不同情况，其压头.有 2.5mm、5mm、10mm 三种钢球。载荷有 156N、625N、1875N、2500N、7500N、10000N、 30000N7 种。在具体测量时只要满足P/D2 为常数，则对同一材料来说，布氏硬度值都相同；对不同材料，所得布氏硬度值是可进行比较的。国家标准规定 P/D2 为 30、10、2.5 三种。按表 1 布氏硬度试验的规范来选择钢球直径 D 和加压

3、负荷 P 以及保压时间。在试样截面大小和厚度允许的情况下，尽可能选用直径大的钢球和大的载荷，这样更接近于材料的真实性能；同时测量的压痕大，误差也小。所以测定钢的硬度时，尽可能用10mm 钢球和 30000N的载荷。压痕直径应在 0.25D<d<0.6D 的范围内，否则试验结果无效， 应选其他规范重做实验。这是因为d 值太小，灵敏度和准确性将降低，若d 值太大，压痕的几何形状不能保持相似的关系，影响准确性。表 1 布氏硬度实验规范金属布氏硬负荷 P与钢球直径钢球直径负荷 P/N载荷持续类型度范围压头直径D(mm)D(mm)时间（ s）（HB）D 的关系14045063P=30D 21

4、0.03000010黑425.07500色<22.51895金<140>6P=10D 210.01000010属635.02500<32.5625<13063P=30D 210.03000030425.07500<22.51895有3613093P=10D 210.01000030色635.02500金<32.5625属835>6P=2.5D 210.0250060635.0625<32.5156布氏硬度计的压头，是淬火的高碳工具钢制的钢球，为了避免钢球压裂或变形，不能测太硬的材料。2布氏硬度计的构造与操作常用布氏硬度计有油压式和杠杆式两种

5、，油压式是通过液体来传递压力，是比较早期的硬度计类型， 容易产生过载等缺点。 目前多采有杠杆式硬度计，它是通过杠杆来传递补压力， 是较完善的硬度计。 现以 HB-3000 型布氏硬度计为例，.介绍其主要结构，见图2 所示。指示灯用于表示加载过程；压头是淬火钢球制成；载物台放置试样；升降丝杆使载物台升降的机构；手轮使丝杆发生上、下旋转；时间定位器用于控制加载时间；加载按钮用于施加载荷。二、洛氏硬度（ HR ）洛氏硬度法克服了布氏硬度法的缺点，它的压痕较小，可测较高硬度，可直接读数，操作方法、效率高，帮为热处理产品检验的主要方法之一。1、测试原理洛氏硬度法也采用压入法，它用金刚石和钢球作压头。但它

6、是以压痕的陷凹深度作为计量硬度指标。为了可以用一个试验机测定从软到硬的材料的硬度，采用了不同的压头和总负荷，组成了15 种不同的洛氏硬度标尺。表2 所示为各种洛氏硬度标尺的、试验条件及其应用。钢铁材料常用HRB 和 HRC 两种标尺测定。表 2各种洛氏硬度标尺的试验条件及其应用标 度 符采用压头总 负表盘指示常 用 范应用举例号荷（ N） 刻度颜色围HRA金钢石圆锥600黑色7085碳化物、硬质合金、钢材表面硬化层HRB1.588mm 钢球1000红色25100软钢、退火钢、 铜合金、铝合金、可锻铸铁HRC金钢石圆锥1500黑色2067淬火钢、调质钢、深层表面硬化钢HRD金钢石圆锥1000黑色

7、4077薄钢板、中等厚度的表面硬化工件HRE3.157mm 钢球1000红色70100铸铁、铝、镁合金、轴承合金等HRF1588 mm 钢球600红色40100薄软钢板、退火铜合金等HRG1588 mm 钢球1500红色3194磷青铜、铍青铜等.HRH3.157mm 钢球600红色-HRK6.350 mm 钢球1500红色40100HRL6.350 mm 钢球600红色-测定轴承合金等非均质HRM6.350 mm 钢球1000红色-合金的平均硬度HRP6.350 mm 钢球1500红色-HRR12.70 mm 钢球600红色-HRS12.70 mm 钢球1000红色-HRV12.70 mm 钢

8、球1500红色-各种洛氏硬度的测量原理都相似，现以测量HRC 为例说明之。图 3-5 是洛氏硬度计测量原理图，一般较硬的金属材料（如淬火后的工件）用金刚石压头，较软的金属材料用钢球压头。000752575257525505050h 1h2h3 =h2 -h 1100N1400N100N100N(a)(b)(c)图 3洛氏硬度计测量原理图总载荷 P 分为两次加在压头上。 首先加入预载荷 p0，使压头与试样的表面接触良好，此时压痕深度为 h1(见图 3a)；然后加入主载茶 p1，这时总载荷 P= p0 +p1，此时压痕深度增加到 h2 位置 (见图 3b)。随后将主载荷卸除，此时压痕由于加载时所产生的弹性变形已恢复，这时压痕深度 h3= h2 1h（见图）作为测量的依3c据。如果直接以压痕深度 h 来作计算硬度指标，那么就会出现硬的金属硬度值小，而软的金属硬度值反而大的现象， 这不符合人们的习惯。 因此用一常数 k 来减去所得的压痕深度值作为洛氏硬度的指标。即 HR=k -h当以钢球为压头时， k=0.26；以金刚石锥体为压头时， k=0.2，此外，在读数上又规定以压入深度0.002 作为标尺刻度的一格，这样前者的0.26