洛氏硬度试验采用三种试验力,三种压头,它们共有9种组合,对应于洛氏硬度的9个标尺。这9个标尺的应用涵盖了几乎所有常用的金属材料。
洛氏硬度(HR)测试当被测样品过小或者布氏硬度(HB)大于450时,就改用洛氏硬度计量。试验方法是用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为1.59mm/3.18mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕深度求出材料的硬度。根据实验材料硬度的不同,可分为三种不同标度来表示:
HRA是采用60Kg载荷和钻石锥压入器求的硬度,用于硬度很高的材料。例如:硬质合金。
HRB 是采用100Kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球求得的硬度,用于硬度较低的材料。例如:软钢、有色金属、退火钢、 铸铁等。
HRC 是采用150Kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度较高的材料。例如:淬火钢等
硬度标准 |
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洛氏硬度没有单位,是一个无纲量的力学性能指标,其最常用的硬度标尺有A、B、C三种,通常记作HRA、HRB、HRC,其表示方法为硬度数据+硬度符号,如50HRC。
洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C为三种不同的标准,称为标尺A、标尺B、标尺C。
洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一,三种标尺的初始压力均为98.07N(合10kgf),最后根据压痕深度计算硬度值。标尺A使用的是球锥菱形压头,然后加压至588.4N(合60kgf);标尺B使用的是直径为1.588mm(1/16英寸)的钢球作为压头,然后加压至980.7N(合100kgf);而标尺C使用与标尺A相同的球锥菱形作为压头,但加压后的力是1471N(合150kgf)。因此标尺B适用相对较软的材料,而标尺C适用较硬的材料。
实践证明,金属材料的各种硬度值之间,硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的,材料的强度越高,塑性变形抗力越高,硬度值也就越高。但各种材料的换算关系并不一致。
表面洛氏硬度试验采用三种试验力,两种压头,它们有6种组合,对应于表面洛氏硬度的6个标尺。表面洛氏硬度试验是对洛氏硬度试验的一种补充,在采用洛氏硬度试验时,当遇到材料较薄,试样较小,表面硬化层较浅或测试表面镀覆层时,就应改用表面洛氏硬度试验。这时采用与洛氏硬度试验相同的压头,采用只有洛氏硬度试验几分之一大小的试验力,就可以在上述试样上得到有效的硬度试验结果。表面洛氏硬度的N标尺适用于类似洛氏硬度的HRC、HRA和HRD测试的材料;T标尺适用于类似洛氏硬度的HRB、HRF和HRG测试的材料。
HRC标尺的使用范围是20~70HRC,当硬度值小于20HRC时,因为压头的圆锥部分压入太多,灵敏度下降,这时应改用HRB标尺。尽管HRC标尺被规定的上限值为70HRC,但是当试样硬度大于67HRC时,压头尖端承受的压力过大,金刚石容易损坏,压头寿命会大大缩短,因此一般应改用HRA标尺。
HRA标尺的使用范围是20-88HRA,由美国标准ASTM E140可以获得以下换算关系:
27HRA≈30HRB
60HRA≈100HRB≈20HRC
85.6HRA≈68HRC
可见,HRA标尺的测试范围涵盖了从软钢(HRB)、硬钢(HRC)到硬质合金的硬度范围。然而,事实上HRA标尺很少用于测试软钢,主要用于测试薄硬钢板、深层渗碳钢和硬质合金。在硬质合金方面,由于技术进步,有些材料硬度已达到93-94HRA,这已超出标准规定。工程上超出HRA高端的测量范围已成为惯例。HRA标尺有一个特殊用途。在使用洛氏硬度计测试钢试样时,如果不知试样是软钢还是硬钢,可先用HRA标尺试测一下,当硬度值小于60HRA时可改用HRB标尺,当硬度值大于60HRA时可改用HRC标尺。
HRB标尺的使用范围是20~100HRB,当硬度值低于20HRB时,由于钢球的压入深度过大,金属蠕变加剧,试样在试验力作用下的变形时间延长,测试值准确度降低,此时应改用HRF标尺。当硬度值大于100HRB时,因为钢球压入深度过浅,灵敏度降低,精度下降,此时应改用HRC标尺。在使用HRB标尺测试钢试样时,一个特别值得注意的地方是:当预先不知道试样是软钢还是硬钢时,决不可使用HRB标尺做测试,因为用钢球压头误测了淬火钢,钢球就可能会变形,钢球压头就会损坏,这是钢球压头损坏的主要原因。遇到这种情况时应先用金刚石压头,用HRA标尺测试一下,再决定是用HRB还是用HRC。
HRF标尺的使用范围是60~100HRF。HRF标尺是国外使用较多的一个标尺,它是测试纯铜和较软的铜合金材料很好的检测手段。但是在中国,也存在标准硬度块短缺的问题,它的应用也受到了限制。
HRG标尺适用于HRB值接近100的材料,对于铍青铜、磷青铜、可锻铸铁这些硬度范围介于HRB标尺的高端和HRC标尺低端的材料,如果改用HRG标尺,就可以大大改善测试的灵敏度,提高测试精度。
分为金属类洛氏硬度,塑料类洛氏硬度(HRR)
钢材的硬度:金属硬度(Hardness)的代号为H。按硬度试验方法的不同,
●常规表示有布氏(HB)、洛氏(HRC)、维氏(HV)、里氏(HL)硬度等,其中以HB及HRC较为常用。
●HB应用范围较广,HRC适用于表面高硬度材料,如热处理硬度等。两者区别在于硬度计之测头不同,布氏硬度计之测头为钢球,而洛氏硬度计之测头为金刚石。
●HV-适用于显微镜分析。维氏硬度(HV)以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面,用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值,即为维氏硬度值(HV)。
●HL手提式硬度计,测量方便,利用冲击球头冲击硬度表面后,产生弹跳;利用冲头在距试样表面1mm处的回弹速度与冲击速度的比值计算硬度,公式:里氏硬度HL=1000×VB(回弹速度)/ VA(冲击速度)。
●目前最常用的便携式里氏硬度计用里氏(HL)测量后可以转化为:布氏(HB)、洛氏(HRC)、维氏(HV)、肖氏(HS)硬度。或用里氏原理直接用布氏(HB)、洛氏(HRC)、维氏(HV)、里氏(HL)、肖氏(HS)测量硬度值。时代公司生产的TH系列里氏硬度计就有此功能,是传统台式硬度机的有益补充!"1、HB - 布氏硬度:
布氏硬度(HB)一般用于材料较软的时候,如有色金属、热处理之前或退火后的钢铁。洛氏硬度(HRC)一般用于硬度较高的材料,如热处理后的硬度等等。
布式硬度(HB)是以一定大小的试验载荷,将一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压入被测金属表面,保持规定时间,然后卸荷,测量被测表面压痕直径。布式硬度值是载荷除以压痕球形表面积所得的商。一般为:以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面,保持一段时间,去载后,负荷与其压痕面积之比值,即为布氏硬度值(HB),单位为公斤力/mm2(N/mm2)。(关于布式硬度(HB)
2、HR-洛式硬度
洛式硬度(HR-)是以压痕塑性变形深度来确定硬度值指标。以0.002毫米作为一个硬度单位。当HB>450或者试样过小时,不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同,分三种不同的标度来表示:
HRA:是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。
HRB:是采用100kg载荷和直径1.59mm淬硬的钢球,求得的硬度,用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。
HRC:是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。
另外:
(1)HRC含意是洛式硬度C标尺,
(2)HRC和HB在生产中的应用都很广泛
(3)HRC适用范围HRC 20--67,相当于HB225--650
若硬度高于此范围则用洛式硬度A标尺HRA。若硬度低于此范围则用洛式硬度B标尺HRB。布式硬度上限值HB650,不能高于此值。
(4)洛氏硬度计C标尺之压头为顶角120度的金刚石圆锥,试验载荷为一确定值,中国标准是150公斤力。
布氏硬度计之压头为淬硬钢球(HBS)或硬质合金球(HBW),试验载荷随球直径不同而不同,从3000到31.25公斤力。
(5)洛式硬度压痕很小,测量值有局部性,须测数点求平均值,适用成品和薄片,归于无损检测一类。
布式硬度压痕较大,测量值准,不适用成品和薄片,一般不归于无损检测一类。
(6)洛式硬度的硬度值是一无名数,没有单位。(因此习惯称洛式硬度为多少度是不正确的。)
布式硬度的硬度值有单位,且和抗拉强度有一定的近似关系。
(7)洛式硬度直接在表盘上显示、也可以数字显示,操作方便,快捷直观,适用于大量生产中。
布式硬度需要用显微镜测量压痕直径,然后查表或计算,操作较繁琐。
洛氏硬度试验需要按照试样的材质、硬度范围及尺寸来选择不同的压头及试验力,使用不同的标尺表示。洛氏硬度计和表面洛氏硬度计的标尺通常按材料种类、材料厚度和标尺的刻度范围三方面的因素来选择,具体选择方法叙述如下:
按材料种类选择
十五个标尺中,后六个标尺为表面洛氏硬度。前九个标尺中,常用的标尺为A、B、C标尺。
A标尺多用于测量碳化钨、硬质合金、表面硬化零件等等的硬度;
B标尺多用于测量有色金属、合金及退火钢等低硬度的零件的硬度;
C标尺多用于测量碳钢、工具钢及合金钢等经淬火、回火处理的试样的硬度。
按材料选择并不是一种严格的做法。因为每一种材料随着其所采用的不同的热处理工艺,其最终硬度不可能相同,因此所适应的硬度标尺也不会相同。
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 | |
按样品的硬度范围选择
1:样品硬度与材料成分及热处理工艺的关系! 在相同的热处理工艺下,材料的含碳量越高,材料的硬度也越高。对应于相同的材料,由工艺引起的硬度高低是:淬火、正火、退火。
2:各种洛氏硬度标尺的适应范围。每种洛氏硬度标尺都有一个可用范围,这一点很容易从硬度计刻度盘上的分度来确定。
不同洛氏硬度标尺(不包括表面洛氏硬度标尺)的使用范围如下:
标尺 | 使用范围 | 硬度符号 |
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 |
按厚度或硬化层深度
洛氏硬度试验对样品试样有要求,其厚度不能小于残余压痕深度的10倍,试样背面不能出现明显的变形痕迹。由此样品的厚度决定了载荷的选择,载荷必须保证其所引起的变形小于样品的最小厚度。对于每一种硬度试验,都存在最小可测量厚度。
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