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什么是材料的硬度? 一起來了解一下: 硬度那些事!!!

什么是硬度?


硬度,顧名思義,軟硬程度,就是材料抵抗變形或破壞的能力,是熱處理行業(yè)最常用的指標(biāo)之一。它沒有確切的物理意義,是一個(gè)力學(xué)性能的綜合性指標(biāo),一般來說,材料的硬度越高,抗拉強(qiáng)度越高,耐磨性越好。


硬度的分類



幾種常用的硬度測(cè)試方法:


布氏硬度(HB)


將一定直徑的硬質(zhì)合金球以一定的試驗(yàn)力壓入被測(cè)材料表面,并保持規(guī)定的時(shí)間,卸載后測(cè)量表面壓痕的直徑,計(jì)算出布氏硬度值。計(jì)算公式如下:



圖1 布氏硬度測(cè)量原理圖


表示方法


標(biāo)準(zhǔn)表示方法包含信息:硬度值、測(cè)量方法、壓頭種類和直徑、載荷及保持時(shí)間。例如:500HBW1/10/20,表示用1mm的鎢質(zhì)合金球壓頭在98.07N的壓力下保持20s后測(cè)定的布氏硬度值為500。若未標(biāo)明載荷保持時(shí)間,表示10-15s。


注意點(diǎn):


  • 試樣表面平坦光滑,無氧化皮、油脂等污染物;

  • 測(cè)量上限HB650

  • 試樣厚度至少為壓痕深度的8倍,若試樣背面出現(xiàn)變形,說明試樣太??;

  • 淬火鋼壓頭在GB/T231.1-2002后已取消使用。


洛氏硬度(HR)


洛氏硬度通過測(cè)量壓痕塑性變形深度計(jì)算出硬度指標(biāo),通常,被測(cè)樣品表面較小或者HB>450時(shí),采用洛氏硬度測(cè)量。測(cè)量范圍涵蓋常用的所有金屬材料,其計(jì)算方法為:將特定的壓頭按照規(guī)定分初試驗(yàn)力(F0)和主試驗(yàn)力(F1)兩次壓入試樣表面,初試驗(yàn)力加載后,測(cè)量初始?jí)汉凵疃?,主試?yàn)力加載并保持一定時(shí)間后,卸載主試驗(yàn)力并測(cè)量最終壓痕深度,通過如下計(jì)算公式得出HR。

其中,h——最終壓痕深度與初始?jí)汉凵疃戎睿?/p>

N、S為常數(shù),取值參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T230.1。


圖2 洛氏硬度測(cè)量原理圖

其中,

X——時(shí)間;

Y——壓頭位置

1——初試驗(yàn)力F0下的壓入深度;

2——主試驗(yàn)力F1引起的壓入深度;

3——卸除F1后的壓入深度;

4——?dú)堄鄩汉凵疃萮;

5——試樣表面;

6——測(cè)量基準(zhǔn)面;

7——壓頭位置;

8——壓頭深度相對(duì)時(shí)間的曲線。


表示方法


標(biāo)準(zhǔn)表示方法包含信息:硬度值、測(cè)量方法、洛氏標(biāo)尺、使用球形壓頭的類型。例如:80HR15TW,表示用碳化鎢合金球壓頭按照15T標(biāo)尺測(cè)得洛氏硬度值為80;若未標(biāo)明壓頭類型,則為金剛石圓錐型,如:62HRC,表示使用金剛石圓錐型壓頭按照C標(biāo)尺測(cè)得洛氏硬度值為62。


注意點(diǎn)


  • 試樣表面平坦光滑,無氧化皮、油脂等污染物;

  • 需根據(jù)材料具體情況,選擇合適的測(cè)量標(biāo)尺;

  • 對(duì)于金剛石圓錐壓頭測(cè)試,試樣厚度至少為殘余壓痕深度的10倍;對(duì)于球壓頭測(cè)試,試樣厚度至少為殘余壓痕深度的15倍。背部不可有變形壓痕。


  • 維氏硬度(HV)


  • 維氏硬度是將特定的正四棱錐體金剛石壓頭用一定的試驗(yàn)力壓入試樣表面,保持一定時(shí)間后,卸除力測(cè)量表面壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度計(jì)算出得出的硬度指標(biāo)。根據(jù)測(cè)試試驗(yàn)力的不同,可分為:維氏硬度(F≥49.03N)、小力值維氏硬度(1.961N≤F<49.3N)和顯微維氏硬度(0.09807N≤F<1.961N)。計(jì)算方法如下:

  • 其中,d=(d1+d2)/2


  • 圖3 維氏硬度壓痕及示意圖


  • 注意點(diǎn)


  • 試樣表面需拋光處理;

  • 試樣厚度至少為壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度的1.5倍,背部不可有變形壓痕。


  • 里氏硬度(HL)


  • 常用的布、洛、維硬度計(jì),由于體積較大,不便在現(xiàn)場(chǎng)使用,而里氏硬度計(jì)是一種便攜式硬度測(cè)試,受空間影響較小。它是用一定質(zhì)量的沖擊體在一定彈簧彈力的作用下以一定速度垂直沖擊試件表面,這種沖擊力使被測(cè)材料表面產(chǎn)生了塑性變形,形成了一個(gè)壓痕,損失掉一部分動(dòng)能(被測(cè)材料越柔軟,失去的動(dòng)能越多),回彈至距試樣表面1mm處的回彈速度(vR)與沖擊速度(vA)的比值計(jì)算得出硬度指標(biāo)。公式如下:



  • 里氏硬度可以應(yīng)用于多種零件,相對(duì)于肖氏硬度計(jì),里氏硬度可在任意方向上測(cè)量,很大程度上方便了使用者。

  • 圖4 里氏硬度計(jì)原理圖



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