布氏硬度是以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面,保持一段時(shí)間,去載后,負(fù)荷與其壓痕面積之比值,即為布氏硬度值(HB),單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。
布氏硬度范圍為8~650HBW。由于金屬材料有硬有軟,被測(cè)工件有厚有薄,有大有小,如果只采用一種標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)力F和壓頭直徑D,就會(huì)出現(xiàn)對(duì)某些工件和材料的不適應(yīng)的現(xiàn)象。
因此,在生產(chǎn)中進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)時(shí),要求能使用不同大小的試驗(yàn)力和壓頭直徑,對(duì)于同一種材料采用不同的F和D進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),能否得到同一的布氏硬度值,關(guān)鍵在于壓痕幾何形狀的相似,即可建立F和D的某種選配關(guān)系,以保證布氏硬度的不變性。
對(duì)于某些金屬材料來(lái)說(shuō),可以根據(jù)布氏硬度值粗略地確定其抗拉強(qiáng)度值
洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C為三種不同的標(biāo)準(zhǔn),稱(chēng)為標(biāo)尺A、標(biāo)尺B、標(biāo)尺C。
當(dāng)HB 450或者試樣過(guò)小時(shí),不能采用布氏硬度試驗(yàn)而改用洛氏硬度計(jì)量。它是用一個(gè)頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球,在一定載荷下壓入被測(cè)材料表面,由壓痕的深度求出材料的硬度。根據(jù)試驗(yàn)材料硬度的不同,分三種不同的標(biāo)度來(lái)表示:
HRA:是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度極高的材料(如硬質(zhì)合金等)。
HRB:是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球,求得的硬度,用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。
HRC:是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。
洛氏硬度試驗(yàn)是現(xiàn)今所使用的幾種普通壓痕硬度試驗(yàn)之一,三種標(biāo)尺的初始?jí)毫鶠?8.07N(合10kgf),最后根據(jù)壓痕深度計(jì)算硬度值。標(biāo)尺A使用的是球錐菱形壓頭,然后加壓至588.4N(合60kgf);標(biāo)尺B使用的是直徑為1.588mm(1/16英寸)的鋼球作為壓頭,然后加壓至980.7N(合100kgf);而標(biāo)尺C使用與標(biāo)尺A相同的球錐菱形作為壓頭,但加壓后的力是1471N(合150kgf)。因此標(biāo)尺B適用相對(duì)較軟的材料,而標(biāo)尺C適用較硬的材料。
維氏硬度(HV)由英國(guó)科學(xué)家維克斯首先提出。以49.03~980.7N的負(fù)荷,將相對(duì)面夾角為136°的方錐形金剛石壓入器壓材料表面,保持規(guī)定時(shí)間后,用測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度,再按公式來(lái)計(jì)算硬度的大小。它適用于較大工件和較深表面層的硬度測(cè)定。維氏硬度尚有小負(fù)荷維氏硬度,試驗(yàn)負(fù)荷1.961~ 49.03N,它適用于較薄工件、工具表面或鍍層的硬度測(cè)定;顯微維氏硬度,試驗(yàn)負(fù)荷 1.961N,適用于金屬箔、極薄表面層的硬度測(cè)定
以120kg以?xún)?nèi)的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面,用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值,即為維氏硬度HV值(kgf/mm2)。
硬度試驗(yàn)方法有很多種,有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、努氏硬度、里氏硬度、韋氏硬度、巴氏硬度等,每種試驗(yàn)方法還包括不同的試驗(yàn)條件,如試驗(yàn)力的大小和加載方式、壓頭的類(lèi)型和材料等,這就造成了在不同國(guó)家、行業(yè)和單位中采用的硬度單位不統(tǒng)一的問(wèn)題。為了從一種硬度單位換算成另一種硬度單位,就需要借助硬度換算表或硬度換算工具。根據(jù)GB/T 1172-1999《黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算值》,只有當(dāng)試件組織均勻一致時(shí),才能得到較精確的硬度換算數(shù)值。因此應(yīng)盡量避免使用硬度換算表,直接使用合適的傳統(tǒng)硬度計(jì)進(jìn)行測(cè)試。
HRA、HRB、HRC都是洛氏硬度,HB(HBS、HBW)是布氏硬度,HV是維氏硬度,它們分別適合測(cè)量不同硬度范圍的硬度值。在一般的機(jī)械工程材料手冊(cè)上應(yīng)該都有對(duì)照轉(zhuǎn)換。也可近似公式HRC=100-37353/(HV+200)來(lái)算洛氏硬度HRC與維氏硬度的轉(zhuǎn)換。洛氏硬度、布氏硬度、維氏硬度對(duì)照表
常見(jiàn)的硬度換算表包括:
GB/T 1172-1999
ASTM E140
ISO 18265