硬度的概念和硬度測(cè)量

硬度的概念和硬度測(cè)量

硬度測(cè)量
硬度測(cè)量的應(yīng)用：硬度測(cè)量具有簡便、快捷；不破壞試樣（非破壞性試驗(yàn)）；硬度能綜合反映材料的強(qiáng)度等其他力學(xué)性能；硬度與耐磨性具有直接關(guān)系，硬度越高，耐磨性越好。所以硬度測(cè)量應(yīng)用極為廣泛，常把硬度標(biāo)注于圖紙上，作為零件檢驗(yàn)、驗(yàn)收的主要依據(jù)。
測(cè)量方法：可采用壓入法、加彈法、劃痕法等測(cè)量方法。生產(chǎn)中常用壓入法（有布氏硬度法、洛氏硬度法、維氏硬度法等）。

（1）布氏硬度]：HB（Brinell-hardness )（HBS、HBW ）
布氏硬度測(cè)量原理：采用直徑為D的球形壓頭，以相應(yīng)的試驗(yàn)力F壓入材料的表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量殘余壓痕平均直徑d，用球冠形壓痕單位表面積上所受的壓力表示硬度值。實(shí)際測(cè)量可通過測(cè)出d值后查表獲得硬度值。
HBS（HBW） = F/S = 2F/πD[D - (D2-d2)1/2]
    HBS——表示用淬火鋼球壓頭測(cè)量的布氏硬度值。適用范圍：小于450；   
    HBW——表示用硬質(zhì)合金壓頭測(cè)量的布氏硬度值。適用范圍：450~650

布氏硬度的測(cè)量原理
布氏硬度表示方法：符號(hào)HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。
如:120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測(cè)得的布氏硬度值為120
布氏硬度特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量數(shù)值穩(wěn)定，準(zhǔn)確，能較真實(shí)地反映材料的平均硬度；
              缺點(diǎn)：壓痕較大，操作慢，不適用批量生產(chǎn)的成品件和薄形件
布氏硬度測(cè)量范圍：用于原材料與半成品硬度測(cè)量，可用于測(cè)量鑄鐵；非鐵金屬（有色金屬）、硬度較低的鋼（如退火、正火、調(diào)質(zhì)處理的鋼）

（2）洛氏硬度]：HR（Rockwll hardnes）
洛氏硬度測(cè)量原理：用金剛石圓錐或淬火鋼球壓頭，在試驗(yàn)壓力F 的作用下，將壓頭壓入材料表面，保持規(guī)定時(shí)間后，去除主試驗(yàn)力，保持初始試驗(yàn)力，用殘余壓痕深度增量計(jì)算硬度值，實(shí)際測(cè)量時(shí)，可通過試驗(yàn)機(jī)的表盤直接讀出洛氏硬度的數(shù)值。
HR = K - h/0.002
K——常數(shù)，金剛石壓頭取值100，球形壓頭取值130

洛氏硬度測(cè)量原理
洛氏硬度測(cè)量條件：洛氏硬度可以測(cè)量從軟到硬較大范圍的硬度值，根據(jù)被測(cè)對(duì)象硬度值大小不同，可用不同的壓頭和試驗(yàn)力，如下表。
常用洛氏硬度的試驗(yàn)條件和應(yīng)用范圍

洛氏硬度特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量迅速、簡便、壓痕小、硬度測(cè)量范圍大 ，  
                   缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、重復(fù)性不如布氏硬度
洛氏硬度測(cè)量范圍：可用于成品和薄件，但不宜測(cè)量組織粗大不均勻的材料（如上表所示）

（3）維氏硬度]：HV（diamond penetrator hardness）
維氏硬度測(cè)量原理：與布氏硬度相似。采用相對(duì)面夾角為136o金剛石正四棱錐壓頭，以規(guī)定的試驗(yàn)力F壓入材料的表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用正四棱錐壓痕單位表面積上所受的平均壓力表示硬度值。

維氏硬度測(cè)量原理
維氏硬度特點(diǎn)：測(cè)量范圍大，可測(cè)量硬度為10~1000HV范圍的材料；量壓痕小。
維氏硬度應(yīng)用：可測(cè)量較薄的材料和滲碳、滲氮等表面硬化層。  

   *上述各種硬度測(cè)量法，相互間沒有理論換算關(guān)系，故試驗(yàn)結(jié)果不能直接進(jìn)行比較，應(yīng)查閱硬度換算表進(jìn)行比較。
   * 各種硬度的換算經(jīng)驗(yàn)公式：硬度在200~600HBS時(shí) ：1HRC相當(dāng)于10HBS ；硬度小于450HBS時(shí)：1HBS相當(dāng)于1HV
   * 利用布氏硬度壓痕直徑直接換算出工件的洛氏硬度：根據(jù)布氏硬度和洛氏硬度換算表，可歸納出一個(gè)計(jì)算簡單且容易記住的經(jīng)驗(yàn)公式：HRC =（479-100D）/4，其中D為Φ10mm鋼球壓頭在30KN壓力下壓在工件上的壓痕直徑測(cè)量值。該公式計(jì)算出的值與換算值的誤差在0.5 ～ -1范圍內(nèi)，該公式在現(xiàn)場(chǎng)用起來十分方便，您不妨試一試。

3、沖擊韌性測(cè)量
金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)：按GB/T229-1994進(jìn)行，采用橫截面尺寸為10mm×10mm、長度為55mm，試樣的中部開有V或U形缺口的沖擊試樣。試驗(yàn)時(shí)沖擊試樣的開口背向擺錘的沖擊方向置于試驗(yàn)機(jī)的支架上，將試樣一次沖斷。
      
沖擊試驗(yàn)機(jī)                             沖擊試驗(yàn)原理
沖擊吸收功的測(cè)量
      沖擊吸收功AK ：試樣在一次沖擊試驗(yàn)力作用下，斷裂時(shí)所吸收的功稱為沖擊吸收功，用AKV（或AKU）表示，單位為J（焦?fàn)枺��?BR>AK = mgh1 - mgh2 = mg（h1-h2）
沖擊吸收功的意義：判斷材料抵抗沖擊載荷的能力，沖擊吸收功小的材料，其脆性大，易被沖斷；沖擊吸收功對(duì)溫度敏感，可用于評(píng)定材料的冷脆傾向；沖擊及收功對(duì)組織敏感，可用于進(jìn)行冶金夾雜物和熱加工質(zhì)量的簽定