材料的硬度知识

1、材料的硬度知识第一篇传统的硬度测试方法 size=3材料通常被视为人类社会进化的里程碑，因为对于材料的认识和利用能力，往往决定着社会的形态与人类生活的质量，将 人类文明史称为世界材料史也毫不为过。在众多的材料家族中，超硬材料是一类重要的功能材料。通常，人们将硬度超过 40GPa（GPa 为硬度单位 ） 的材料称为超硬材料。固体对外界物体压入的局部抵抗能力，是比较各种材料软硬的指标。由于规定了不同的测试方法，所以有不同的硬度标准。 各种硬度标准的力学含义不同，相互不能直接换算，但可通过试验加以对比。传统上将硬度分为： 划痕硬度。 主要用于比较不同矿物的软硬程度， 方法是选一根一端硬一端软的棒，将

2、被测材料沿棒划过， 根据出现划痕的 位置确定被测材料的软硬。定性地说，硬物体划出的划痕长，软物体划出的划痕短。 压入硬度。 主要用于金属材料， 方法是用一定的载荷将规定的压头压入被测材料， 以材料表面局部塑性变形的大小比较被 测材料的软硬。由于压头、载荷以及载荷持续时间的不同，压入硬度有多种，主要是布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微 硬度等几种。 回跳硬度。 主要用于金属材料， 方法是使一特制的小锤从一定高度自由下落冲击被测材料的试样， 并以试样在冲击过程中 储存 （继而释放 ）应变能的多少 （通过小锤的回跳高度测定 ）确定材料的硬度。第二篇金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力，称为硬度。根据试

3、验方法和适用范围不同，硬度又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维 氏硬度、肖氏硬度、显微硬度和高温硬度等。对于管材一般常用的有布氏、洛氏、维氏硬度三种。A 、布氏硬度（ HB ）C _: s4K用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力（F）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（L）。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）。其计算公式为： 9K*g h%J,b1d.d式中： F-压入金属试样表面的试验力，N ；-$uJ j,MD-试验用钢球直径，mm ;d- 压痕平均直径， mm 。测定布氏硬度较准确可*，但一

4、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。举例： 120HBS10/1000130：表示用直径 10mm 钢球在 1000Kgf（9.807KN ）试验力作用下，保持 30s （秒）测得的布氏硬度值为120N/ mm2（ MPa ）。B、洛氏硬度（HK）洛氏硬度试验同布氏硬度试验一样，都是压痕试验方法。不同的是，它是测量压痕的深度。即，在初邕试验力（Fo）及总试验力（F）的先后作用下，将压头（金钢厂圆锥体或钢球）压入试样表面，经规定保持时间后，卸除主试验力

5、，用测量的残余压痕深度增量（e）计算硬度值。其值是个无名数，以符号 HR表示，所用标尺有 A、B、C、D、E、F、G、H、K等 9个标尺。其中常用于钢材硬度试验的标尺一般为A、B、C,即HRA、HRB、HRC。硬度值用下式计算：当用 A和C标尺试验时，HR=100-e当用B标尺试验时，HR=130-e式中 e- 残余压痕深度增量，其什系以规定单位0.002mm 表示，即当压头轴向位移一个单位（ 0.002mm ）时，即相当于洛氏硬度变化一个数。e 值愈大，金属的硬度愈低，反之则硬度愈高。上述三个标尺适用范围如下：%w c9n%K- L8ik jHRA （金刚石圆锥压头）20-88HRC （金刚

6、石圆锥压头）20-70HRB （直径 1.588mm钢球压头） 20-100 g _$C xd4s;c N洛氏硬度试验是目前应用很广的方法，其中HRC在钢管标准中使用仅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可适用于测定由极软到极硬的金属材料，它弥补了布氏法的不是，较布氏法简便，可直接从硬度机的表盘读出硬度值。但是，由于其压痕小，故硬度值不如布氏法准确。C 、维氏硬度（ HV）维氏硬度试验也是一种压痕试验方法，是将一个相对面夹角为1360的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力（ F）压入试验表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量压痕两对角线长度。维氏硬度值是试验力除以压痕表面积所得之商，其计算公式为：式中：

7、HV- 维氏硬度符号， N/mm2（MPa） ；F试验力，N ；.d-压痕两对角线的算术平均值，mm。维氏硬度采用的试验力 F 为 5（ 49.03 ）、10 （ 98.07 ）、20 （ 196.1 ）、30 （ 294.2 ）、50 （ 490.3 ）、100 （ 980.7 ）Kgf（N）等六级，可测硬度值范围为51000HV。表示方法举例： 640HV30/20 表示用 30Hgf （ 294.2N ）试验力保持 20S （秒）测定的维氏硬度值为 640N/mm2（MPa）。 维氏硬度法可用于测定很薄的金属材料和表面层硬度。它具有布氏、洛氏法的主要优点，而克服了它们的基本缺点， 但不如

8、 洛氏法简便。维氏法在钢管标准中很少用。8P第三篇洛氏硬度中 HRA 、HRB 、HRC 的区别洛氏硬度中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

9、）。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。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。最常用标尺是HRC HRB和HRF其中HRCf尺用于测试淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢。这是金属加工行业应用最多的硬度试验方法。HRB标尺用于测试各种退火钢、正火钢、软钢、部分不

10、锈钢及较硬的铜合金。HRF标尺用于测试纯铜、较软的铜合金和硬铝合金。HRA标尺尽管也可用于大多数黑色金属，但是实际应用上一般只限于测试硬质合金和薄硬钢带材料。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

11、HRD测试的材料；T标尺适用于类似洛氏硬度的 HRB HRF和HRGM试的材料。HRCf尺的使用范围是2070HRC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HRCB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?30HRB60HRAM00HR申 20HRC85.6HRA68HRC可见，HRA标尺的测试范围涵盖了从软钢（ HRB、硬钢（HRC到

12、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 20100HRB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

13、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HRCHRF标尺的使用范围是 60100HRF 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。但是在我国，也存在标准硬度块短缺的问题，它的应用也受到了限制

14、。HRG标尺适用于HRB直接近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。硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标， 它既可理解为是材料抵抗弹性变形、 塑性变形或破坏的能力， 也可表 述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。 硬度不是一个简单的物理概念， 而是材料弹性、塑性、 强度和韧性等力学性能的综 合指标。硬度试验根据其测试方法的不同可分为静压法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等、划痕法（如莫氏硬度、 、回跳法（如肖氏硬度、及显微硬度、高温硬度等多种方法。布氏硬度以HBN

15、（kgf/mm2）表示（HBSHBW （参照GB/T231 - 1984），生产中常用布氏硬度法测定经退火、正火和调质的钢 件，以及铸铁、有色金属、低合金结构钢等毛胚或半成品的硬度。洛氏硬度可分为HRA HRB HRC HRD四种，它们的测量范围和应用范围也不同。一般生产中HRCi得最多。压痕较小，可测较薄得材料和硬得材料和成品件得硬度。维氏硬度以HV表示（参照GB/T4340-1999 ），测量极薄试样。1、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

16、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=1000XVB（回弹速度）/ VA （冲击速度）。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（H、肖氏（

17、HS硬度。或用里氏原理直接用布氏（HE）、洛氏（HR） 维氏（HV）、里氏（HL）、肖氏（HS）测量硬度值。2、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

18、比值，即为布氏硬度值（HB），单位为公斤力 /mm2 （N/mm2）。3、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

19、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（HBV）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

20、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。8. 在一定条件下，HB与HRC可以查表互换。其心算公式可大概记为：1HR&1/10HB硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验，生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。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。另外,天然水中的钙美含量也用硬度表示.我国规定的硬度是:1L水中含的钙盐，镁盐折合成CaO和MgO的总量相当于10mgCaO将MgC也换算成CaO时,其硬度是1.水的硬度是水质的重要指标，通常分为五类：很软水软水中硬水硬水很硬水0。44 8 8 1616 3030在生产现场，由于受检测