硬度计基本原理

附录一 硬度计基本原理一、布尔硬度（HB）1、基本原理将载荷P和直线为D的淬火钢球压入试样的表面，并保持一定时间，然后去除载荷P，测量压痕直径d，见图1所示。最后计算出布氏硬度值。计算公式如下：若压痕的深度为h，则压痕的面积为图1布尔硬度计测量原理图式中计算平均压力，以此人为试样硬度值，称布氏硬度值，以符号HB表示。P施加的载荷；F压痕的表面积；D钢球的直径；d压痕直径。在P和D一定的情况，布氏硬度的高低取决于压痕的直径d，d越大，表明材料的HB值越低即材料软；反之材料硬度高即HB值越大。在具体测量时，并不是每次都按上述公式去算，而是根据D与P值的大小，测量出痕压的直径d，然后查表即得，这种表格就是根据上述公式计算制出的，可参考附录一。由于材料有硬有软，工件有厚、薄、大、小之分，为适应不同情况，其压头有2.5mm、5mm、10mm三种钢球。载荷有156N、625N、1875N、2500N、7500N、10000N、30000N7种。在具体测量时只要满足P/D2为常数，则对同一材料来说，布氏硬度值都相同；对不同材料，所得布氏硬度值是可进行比较的。国家标准规定P/D2为30、10、2.5三种。按表1布氏硬度试验的规范来选择钢球直径D和加压负荷P以及保压时间。在试样截面大小和厚度允许的情况下，尽可能选用直径大的钢球和大的载荷 ，这样更接近于材料的真实性能；同时测量的压痕大，误差也小。所以测定钢的硬度时，尽可能用10mm钢球和30000N的载荷 。压痕直径应在0.25Dd0.6D的范围内，否则试验结果无效，应选其他规范重做实验。这是因为d值太小，灵敏度和准确性将降低，若d值太大，压痕的几何形状不能保持相似的关系，影响准确性。表1 布氏硬度实验规范金属 类型布氏硬度范围（HB）负荷 P与压头直径D的关系钢球直径D(mm)钢球直径D(mm)负荷 P/N载荷持续时间（s）黑色金=30D210.05.02.53000075001895106633P=10D210.05.02.510000250062510有色金属13063422P=30D210.05.02.53000075001895303613093636633P=2.5D210.05.02.5250062515660布氏硬度计的压头，是淬火的高碳工具钢制的钢球，为了避免钢球压裂或变形，不能测太硬的材料。2布氏硬度计的构造与操作图2 HB-3000布氏硬度计结构图常用布氏硬度计有油压式和杠杆式两种，油压式是通过液体来传递压力，是比较早期的硬度计类型，容易产生过载等缺点。目前多采有杠杆式硬度计，它是通过杠杆来传递补压力，是较完善的硬度计。现以HB-3000型布氏硬度计为例，介绍其主要结构，见图2所示。指示灯用于表示加载过程；压头是淬火钢球制成；载物台放置试样；升降丝杆使载物台升降的机构；手轮使丝杆发生上、下旋转；时间定位器用于控制加载时间；加载按钮用于施加载荷。二、洛氏硬度（HR） 洛氏硬度法克服了布氏硬度法的缺点，它的压痕较小，可测较高硬度，可直接读数，操作方法、效率高，帮为热处理产品检验的主要方法之一。1、测试原理洛氏硬度法也采用压入法，它用金刚石和钢球作压头。但它是以压痕的陷凹深度作为计量硬度指标。为了可以用一个试验机测定从软到硬的材料的硬度，采用了不同的压头和总负荷，组成了15种不同的洛氏硬度标尺。表2所示为各种洛氏硬度标尺的、试验条件及其应用。钢铁材料常用HRB和HRC两种标尺测定。表2 各种洛氏硬度标尺的试验条件及其应用标度符号采用压头总负荷（N）表盘指示刻度颜色常用范围应用举例HRA金钢石圆锥600黑色7085碳化物、硬质合金、钢材表面硬化层HRB1.588mm钢球1000红色25100软钢、退火钢、铜合金、铝合金、可锻铸铁HRC金钢石圆锥1500黑色2067淬火钢、调质钢、深层表面硬化钢HRD金钢石圆锥1000黑色4077薄钢板、中等厚度的表面硬化工件HRE3.157mm钢球1000红色70100铸铁、铝、镁合金、轴承合金等HRF1588 mm钢球600红色40100薄软钢板、退火铜合金等HRG1588 mm钢球1500红色3194磷青铜、铍青铜等HRH3.157mm钢球600红色-测定轴承合金等非均质合金的平均硬度HRK6.350 mm钢球1500红色40100HRL6.350 mm钢球600红色-HRM6.350 mm钢球1000红色-HRP6.350 mm钢球1500红色-HRR12.70 mm钢球600红色-HRS12.70 mm钢球1000红色-HRV12.70 mm钢球1500红色-各种洛氏硬度的测量原理都相似，现以测量HRC为例说明之。图3-5是洛氏硬度计测量原理图，一般较硬的金属材料（如淬火后的工件）用金刚石压头，较软的金属材料用钢球压头。图3 洛氏硬度计测量原理图总载荷P分为两次加在压头上。首先加入预载荷p0，使压头与试样的表面接触良好，此时压痕深度为h1(见图3a)；然后加入主载茶p1，这时总载荷P= p0 +p1，此时压痕深度增加到h2位置(见图3b)。随后将主载荷卸除，此时压痕由于加载时所产生的弹性变形已恢复，这时压痕深度h3= h2 h1（见图3c）作为测量的依据。如果直接以压痕深度h来作计算硬度指标，那么就会出现硬的金属硬度值小，而软的金属硬度值反而大的现象，这不符合人们的习惯。因此用一常数k来减去所得的压痕深度值作为洛氏硬度的指标。即HR=k-h当以钢球为压头时，k=0.26；以金刚石锥体为压头时，k=0.2，此外，在读数上又规定以压入深度0.002作为标尺刻度的一格，这样前者的0