洛氏布氏维氏里氏硬度测定的原理和方法

1、洛氏 布氏 维氏 里氏硬度测定的原理和方法一、洛氏硬度计 洛氏硬度是以顶角为120的金刚石圆锥体或直径为1.588的淬火钢球作压头，以规定的试验力使其压入试样表面。试验时，先加初试验力，然后加主试验力。压入试样表面之后卸除主试验力，在保留初试验力的情况下，根据试样表面压痕深度，确定被测金属材料的洛氏硬度值。 洛氏硬度值由h的大小确定，压入深度h越大，硬度越低；反之，则硬度越高。一般说来，按照人们习惯上的概念，数值越大，硬度越高。因此采用一个常数c减去h来表示硬度的高低。并用每0.002的压痕深度为一个硬度单位。由此获得的硬度值称为洛氏硬度值，用符号hr表示。 由此获得的洛氏硬度值hr为一无名数

2、，试验时一般由试验机指示器上直接读出。 洛氏硬度的三种标尺中，以hrc应用最多，一般经淬火处理的钢或工具都采用hrc测量。在中等硬度情况下，洛氏硬度hrc与布氏硬度hbs之间关系约为1：10，如40hrc 相当于400hbs 。如50hrc，表示用hrc标尺测定的洛氏硬度值为50。硬度值应在有效测量范围内（hrc为2070）为有效。洛式硬度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hb450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

3、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1.58mm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 2067，相当于hb225650 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hb65

4、0,不能高于此值。适用范围：应用于硬度极高的材料 应用于较软的材料，例如退火后的硬度测试 应用于硬度很高的材料。洛氏硬度标尺技术条件 洛氏硬度标尺 硬度 符号 压头类型 初试验力 f0（n）主试验力 f1（n）总试验力 f0+ f1（n）适用范围 ahra120金刚石圆锥 98.07490.3588.42088hrabhrb1.5875mm钢球 98.07882.6980.720100hrbchrc120金刚石圆锥 98.07137314712070hrcdhrd120金刚石圆锥 98.07882.6980.74077hrdehre3.175mm钢球 98.07882.6980.770100h

5、refhrf1.5875mm钢球 98.07490.3588.460100hrfghrg1.5875mm钢球 98.07137314713094hrghhrh3.175mm钢球 98.07490.3588.480100hrhkhrk3.175mm钢球 98.071373147140100hrk表面洛氏硬度标尺技术条件表面洛氏 硬度标尺 硬度 符号 压头类型 初试验力f0（n）主试验力f1（n）总试验力 f0+ f1（n）适用范围 15nhr15n120 金刚石圆锥 29.42117.7147.17094hr15n30nhr30n264.8294.24286hr30n45nhr45n411.94

6、41.32077hr45n15thr15t1.5875mm钢球 29.42117.7147.16793hr15t30thr30t264.8294.22982hr30t45thr45t411.9441.31072hr45t二、布氏硬度计布氏硬度计原理用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以hbs（钢球）表示，单位为n/mm2(mpa)。测定布氏硬度较准确可靠，但一般hbs只适用于450n/mm2（mpa）以下的金属材料，对于较硬的钢或较薄的板材不适用。在钢管标准中，布氏硬度用途

7、最广，往往以压痕直径d来表示该材料的硬度，既直观，又方便。布氏硬度计的特点：布氏硬度试验的优点是其硬度代表性好，由于通常采用的是10 mm直径球压头，3000kg试验力，其压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均值，而不受个别组成相及微小不均匀度的影响，因此特别适用于测定灰铸铁、轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料。它的试验数据稳定，重现性好，精度高于洛氏，低于维氏。此外布氏硬度值与抗拉强度值之间存在较好的对应关系。布氏硬度试验的缺点是压痕较大，成品检验有困难，试验过程比洛氏硬度试验复杂，测量操作和压痕测量都比较费时，并且由于压痕边缘的凸起、凹陷或圆滑过渡都会使压痕直径的测量产生较

8、大误差，因此要求操作者具有熟练的试验技术和丰富经验，一般要求由专门的实验员操作。布氏硬度计的应用布氏硬度计主要用于组织不均匀的锻钢和铸铁的硬度测试，锻钢和灰铸铁的布氏硬度与拉伸试验有着较好的对应关系。布氏硬度试验还可用于有色金属和软钢，采用小直径球压头可以测量小尺寸和较薄材料。布氏硬度计多用于原材料和半成品的检测，由于压痕较大，一般不用于成品检测。布氏硬度试验条件的选择如同洛氏硬度试验关于标尺的选择一样，布氏硬度试验也要遇到试验条件的选择问题，即试验力f和压头球直径d的选择。这种选择不是任意的，而是要遵循一定的规则，并且要注意试验力和压头球直径的合理搭配，应用起来比洛氏硬度试验略显复杂。布氏硬

9、度试验最常用的试验条件是采用10mm直径的球压头，3000kg试验力。这一条件最能体现布氏硬度的特点。但是由于试样材质不同，硬度不同，试样大小，薄厚也不同，一种试验力，一种压头自然不能满足要求。在试验力和压头球直径的选择方面需要遵循的规则有2个。规则一：要使试验力和球压头直径的平方之比为一个常数。即f/d2=f1/d12 = f2/d22 =k。这个规则来源于相似律。根据相似律，不同直径的球压头d1、d2在不同的试验力f1、f2作用下压入试样表面，压痕直径d1、d2是不同的，但是只要压入角相同，压痕就具有相似性。这时试验力和压头球直径的平方之比就是一个常数。在这种条件下，采用不同的试验力和不同

10、直径的球压头，在同一试样上测得的硬度值是相同的，在不同的试样上测得的硬度值是可以相互比较的。试验力与压头球直径平方之比在采用公斤力的旧标准中表示为f/d2，在采用牛顿力的新标准中表示为0.102 f/d2规则二：试验后要使压痕直径处于以下范围：0.24d d 5250.052g型155150.55c型1.50.51.50.020.53、试样厚度要求 试样应有足够的厚度，最小厚度应符合如下要求：冲击装置类型试样最小厚度(mm)d、dc型5g型10c型14、试样具有表面硬化层，其硬化层深度应符合如下要求： 冲击装置类型表面硬化层深度 d、dc型0.8 c型0.2 5、对于凹、凸、圆柱面及球面试样，

11、其表面曲率半径应符合如下要求：冲击装置类型表面曲率半径(mm) d、dc型30 c型50 对于表面为曲面的试样，应使用适当的支撑环，以保证冲击头冲击瞬间位置偏差在0.5mm之内。6、试样不应带有磁性。 7、每个测量点间距应大于34mm，不可在同一点上重复测试，否则会引起较大的误差。同时会减短传感器的使用寿命。 七、影响测试精度的几个问题 由于里氏硬度计是在动态力作用下测定金属硬度的，所以影响测试结果准确性的因素比较多，故应对这些因素如以一定的限制，主要包括: 试验条件、试验对象、操作技术和数据处理等几个关健环节，下面将就一些具体问题探讨一下： 1、 试件曲率对精度的影响， 在现场工作中，经常遇

12、到曲面的试件，各种曲面对硬度测试结果的影响不同，在正确操作的情况下，冲击体落在试件表面瞬间的位置与平面试件相同，故通用支撑环即可。但当曲率小到一定尺寸时，由于平面条件的变形和弹性状态相差显著，会使冲头回弹速度偏低，从而使里氏硬度示值偏低。 2、数据换算产生的误差 里氏硬度换算为其他硬度时的误差包括两个方面，一方面是里氏硬度本身测量误差，这涉及到按同一方法重复进行试验时的分散，和对于多台同型号里氏硬度计的误差；另一方面是比较不同硬度试验方法所测硬度产生的误差，这是由于各种硬度方法之间不存在明确的物理关系，并受到相互比较中测量不可靠性影响的原因。 本仪器的硬度换算是自动完成的，故可用布氏、洛氏、维

13、氏、肖氏硬度标准块直接确定硬度仪的换算误差。 3、特殊材料引起为误差 存储在硬度仪中的换算表对以下钢种可能产生偏差： （1）高合金钢 所有奥氏体钢 在高速钢中，耐热工具钢和莱氏体铬钢(工具钢类)硬质材料(莱氏体碳化物，例如m7c3和m6c会引起弹性模量增加，从而使hl值偏低。这类钢应在横截面上进行测试。 局部冷却硬化，例如由于切割或不适当的试样制备也会引起hl值偏高。 （2）磁性钢 在检验磁性材料硬度时，由于磁场影响，会使hl值偏低，如磁场较强，建议不用此种测试方法。 （3）表面硬化钢 表面产生硬化的材料，尤其是经表面处理的钢，由于基体软，会使hl值偏低，当硬化层大于0.8mm时(c型冲击装置

14、为0.2mm)，则不影响hl值。 （4）、对于特殊材料可用以下方法，自己建立对比关系。 试验面必须仔细制备 如不进行耦合，选择的试样足寸尽可能大 试样硬度在硬度仪换算范围内 用相应测量范围的硬度块检查静态硬度计准确性。 在试样上用静态硬度计测三个点，并在压痕周围用里氏变度仪测五个值，取其平均值。比较两种方法测出的硬度值即可得出误差范围。也可用一组不同硬度试样用上述方法绘出换算曲线。 4、齿轮检测的误差 一般情况下，里氏硬度计对于模数大于7的齿轮齿面的检测是可以保证精确度的，但齿轮模数小于7时，由于齿面较小；测试误差相对较大，对此，用户可根据情况设计相应的工装，将有利于减小误差。 5、材料弹性、

15、塑性的影响 里氏值除与硬度、强度相关外，更与弹性模量有关，硬度值是材料硬度和塑性的特征参数，因为两者的成分必然是共同测定的。在弹性部分，首先明显受e模量影响，在这方面当材料的静态硬度相同，而e值大小不同时。e值低的材料，hl值较大。 6、热轧方向造成构误差 当被测工件系热轧工艺成型时，如果测试方向与轧制方向一致，会因弹性模量e偏大而造成测试值偏低，故测试方向应垂直于热轧方向。例如：测圆柱件截面硬度时，应在径向测试为好(一般圆柱件热轧方向为轴向)。 7、其它因素的影响 对管件测试时需注意以下几点： 管件注意稳固支撑 测试点应靠近支撑点且与支撑力平行 管壁较薄时在管内放入适当芯子 在热处理过程中，有时会造成金属材质发生改变（如20c