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硬度计原理及硬度分析


 东莞市有道精密仪器有限公司今天特意请来一位硬度计行业专家带我们一起了解一下硬度计原理及硬度分析,如你也想了解更多的关于硬度计原理,或者硬度计分类及运用。请来我们公司一起参加学习硬度计原理的课程,或者拨打我们公司的服务热线0769-81552356,我们将为你专程给你安排好课程,我们公司全体员工期待您的加入!

        下面讲讲硬度计原理及硬度分析:

      三丰硬度计,硬度计维修,维氏硬度计,洛氏硬度计

硬度分类

 

划痕硬度

1722年,法国的R.-A.F.de列奥米尔首先提出了极粗糙的划痕硬度测定法。此法是以适当的力使被和材料在一根由一端硬渐变到另一端软的金属棒上划过,根据棒上出现划痕的位置确定被测材料的硬度。1822年,F.莫斯以十种矿物的划痕硬度作为标准,定出十个硬度等级,称为莫氏硬度。十种矿物的莫氏硬度级依次为:金刚石(10),刚玉(9),黄玉(8),石英(7),长石(6),磷灰石(5),萤石(4),方解石(3),石膏(2),滑石(1)。其中金刚石最硬,滑石最软。莫氏硬度标准是随意定出的,不能精确地用于确定材料的硬度,例如10级和9级之间的实际硬度差就远大于2级和1级之间的实际硬度差。但这种分级对于矿物学工作者野外作业是很有用的。
 

压入硬度

用一定的载荷将规定的压头压入被测材料,根据材料表面局部塑性变形的程度比较被测材料的软硬,材料越硬,塑性变形越小。压入硬度在工程技术中有广泛的用途。压头有多种,如一定直径的钢球、金刚石圆锥、金刚石四棱锥等。载荷范围为几克力至几吨力(即几十毫牛顿至几万牛顿)。压入硬度对载荷作用于被测材料表面的持续时间也有规定。主要的压入硬度有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等。

维氏硬度

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维氏硬度试验方法是英国史密斯(R.L.Smith)和塞德兰德(C.E.Sandland)于1925年提出的。英国的维克斯阿姆斯特朗(Vickers-Armstrong)公司试制了第一台以此方法进行试验的硬度计。和布氏、洛氏硬度试验相比,维氏硬度试验测量范围较,从较软材料到超硬材料,几乎涵盖各种材料。
维氏硬度的测定原理基本上和布氏硬度相同,也是根据压痕单位面积上的载荷来计算硬度值。所不同的是维氏硬度试验的压头是金刚石的正四棱锥体。试验时,在一定载荷的作用下,试样表面上压出一个四方锥形的压痕,测量压痕对角线长度,除以计算压痕的表面积,载荷除以表面积的数值就是试样的硬度值,用符号HV表示。主要用于确定钢的表面渗氮硬化程度。维氏硬度测量法所用的压头是金刚石正四棱锥(图1),它的两相对面间的夹角为136°,载荷有5、10,20、30、50、100千克力等几种,用压出的四棱锥压痕表面积除载荷所得的值作为维氏硬度值,记为HV,即
式中P为载荷;S为压痕对角线长度(毫米); 
   
为四棱锥压头两相对面间夹角, 
   
=136°。
用于测定上述硬度的仪器以英国维克斯-阿姆斯特朗公司制造的应用较广,故得名为维氏硬度。

洛氏硬度

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这种硬度测定法是美国的S.P.洛克韦尔于1919年提出的,它基本上克服了布氏测定法的上述不足。洛氏硬度所采用的压头是锥角为120°的金刚石圆锥或直径为1/16英寸(1英寸等于25.4毫米)的钢球,并用压痕深度作为标定硬度值的依据。测量时,总载荷分初载荷和主载荷(总载荷减去初载荷)两次施加,初载荷一般选用10千克力,加至总载荷后卸去主载荷,并以这时的压痕深度来衡量材料的硬度。洛氏硬度记为HR,所测数值写在HB后,洛氏硬度值计算公式为:
式中h表示塑性变形压痕深度(毫米);k是规定的常量;分母中的0.002(毫米)是每洛氏硬度单位对应的压痕深度。对应于金刚石圆锥压头的k=0.20(毫米),对应于钢球压头的k=0.26(毫米)。

里氏硬度

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里氏硬度是以HL表示,里氏硬度测试技术是由瑞士狄尔马,里伯博士发明的,它是用一定质量的装有碳化钨球头的冲击体,在一定力的作用下冲击试件表面,然后反弹。由于材料硬度不同,撞击后的反弹速度也不同。在冲击装置上安装有永磁材料,当冲击体上下运动时,其外围线圈便感应出与速度成正比的电磁信号,再通过电子线路转换成里氏硬度值。
标注方法举例
640HV

显微硬度

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主要用于确定很薄的材料、细金属丝、小型精密零件(如钟表和仪表零件)的硬度,测定淬硬表面的硬度变化率,研究小面积内硬度的变化以及在金相学中研究金属中不同相体的硬度等。测量方法与维氏硬度基本相同,但载荷很小,以克力计数;压痕的特征尺寸也很小,需要用读数显微镜测出,故得名。1939年,英国国家标准局决定采用F.努普、C.G.彼得斯和W.B.埃默森提出的菱形金刚石四棱锥压头(称为努普压头,见图2)。其压痕长对角线L和短对角线长度W之比大约为7:1,压痕深度约为L的1/30,故在压痕较浅的情况下也能较精确地测出长对角线的长度。用努普压头测定的显微硬度数又称努普硬度数。在显微硬度测定中也允许使用普通的136°金刚石正四棱锥压头[1]  。
显微硬度的符号以HM表示,若用努普压头,则努普硬度数为:
式中P以千克力为单位;L表示菱形压痕的长对角线长度(毫米);CP是一个常数,其值与L和压痕投影面积之比有关。若用136°正四棱锥压头,则
式中P为载荷,常用的载荷有2、5、10、50、100、200克力等几种;S为正方形压痕的对角线长度,以微米为单位,由显微硬度计上的读数显微镜测出。

布氏硬度

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布氏硬度是瑞典工程师J.A.布里涅耳于1900年提出的。它在工程技术特别是机械和冶金工业中广泛使用。布氏硬度的测量方法是用规定大小的载荷P,把直径为D的钢球压入被测材料表面,持续规定的时间后卸载,用载荷值(千克力,1千克力等于9.80665牛顿)和压痕面积(平方毫米)之比定义硬度值。布氏硬度HB的计算式为:
式中d为压痕的直径。
1908年德国的E.迈耶尔指出,若要使不同直径的钢球在同一材料上测得同样的硬度,就需要改变载荷值,使压痕保持几何相似,相似条件为:
式中P1、D1和P2、D2分别为两组测量条件中的载荷值和钢球直径。

韦氏硬度

一定形状的硬钢压,在标准弹簧试验力作用下压入试样表面,用压针的压入深度确定材料硬度,定义0.01mm的压入深度为一个韦氏硬度单位。韦氏硬度单位表示为HW。

努氏硬度

努氏硬度是作为绝对数值而测得的硬度,主要在加工方面使用该数值。一般来说,金刚石的努氏硬度为7000~8000千克/平方毫米

巴氏硬度

柯尔(Barcol)硬度(简称巴氏硬度),最早由美国Barber-Colman公司提出,是近代国际上广泛采用的一种硬度门类,一定形状的硬钢压针,在标准弹簧试验力作用下,压入试样表面,用压针的压入深度确定材料硬度,定义每压入0.0076mm为一个巴氏硬度单位。巴氏硬度单位表示为HBa。

肖氏硬度

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也称回跳硬度,简称HS。表示材料硬度的一种标准。由英国人肖尔(AlbertF.Shore)于1906年研究淬火钢的硬度测定法时提出的。
肖氏硬度测定法的测量原理是:用重量为1/12盎司力(1盎司力等于0.2780牛顿)的带有金刚石圆头或钢球的小锤,从10英寸的高度自由落下,使小锤以一定的动能冲击试样表面。小锤的部分动能转变成试样表面塑性变形功而被消耗;另一部分转变为弹性应变能被试样储藏。试样弹性变形恢复时释放出能量,使小锤回跳一定高度。被测物越硬则弹性极限越高,储藏的弹性应变能越多,小锤回跳得越高。回跳硬度的符号是HS,它以小锤回跳高度进行分度。回跳硬度数只能在弹性模量相同的材料之间进行比较,否则就会得出橡皮比钢更硬的结论。压入硬度的测量属于静力测定法,而回跳硬度的测量则属于动力测定法。

测试种类

1. HRA:(洛氏A)用于量测热处理硬质钢材、氮化物、渗碳冶炼物、轴承钢、工具钢及其它软硬材质的硬度测试
2. HK:(Knoop 努氏)用于量测较软材质的钢及非铁材料之硬度。
3. HRC:(Rockwell C洛氏)用于量测热处理钢材、氮化物、渗碳冶炼物、轴承钢、工具钢等。
4. HRB:(Rockwell B洛氏)用于量测较软材质的钢及非铁材料之硬度。
5. HR30T:(Rockwell 30T洛氏) 用于量测较软材质的钢及非铁材料之硬度。
6. HB5:(Brinell 布氏5)用于量测铝、软质铝合金铸铁黄铜等。
7. HB30:(Brinell 布氏30)用于热处理钢、退火深冷处理钢材、冲拉材料钢、深冲钢带料等。
8. HV:(Vickers维氏)适用于量测各类材料。
9. R:(Tensile module拉伸模数 N/mm2)用于热处理钢、退火深冷处理钢材、冲拉材料钢、深冲钢带料等。
10. HR15N:(Rockwell 洛氏HR15N)用于量测热处理硬质钢材、氮化物、渗碳冶炼物、轴承钢工具钢等。
维氏硬度计,硬度计维修,洛氏硬度计

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