金屬材料的硬度測定 - 加工中心
金屬材料的硬度測定硬度分為：①劃痕硬度。主要用于比較不同礦物的軟硬程度，方法是選一根一端硬一端軟的棒，將被測材料沿棒劃過，根據(jù)出現(xiàn)劃痕的位置確定被測材料的軟硬。定性地說，硬物體劃出的劃痕長，軟物體劃出的劃痕短。②壓入硬度。主要用于金屬材料，方法是用一定的載荷將規(guī)定的壓頭壓入被測材料，以材料表面局部塑性變形的大小比較被測材料的軟硬。由于壓頭、載荷以及載荷持續(xù)時間的不同，壓入硬度有多種，主要是布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等幾種。③回跳硬度。主要用于金屬材料，方法是使一特制的小錘從一定高度自由下落沖擊被測材料的試樣，并以試樣在沖擊過程中儲存（繼而釋放）應(yīng)變能的多少（通過小錘的回跳高度測定）確定材料的硬度。 硬度分類 劃痕硬度1722年，法國的R．-A．F．de列奧米爾首先提出了極粗糙的劃痕硬度測定法。此法是以適當(dāng)?shù)牧κ贡缓筒牧显谝桓梢欢擞矟u變到另一端軟的金屬棒上劃過，根據(jù)棒上出現(xiàn)劃痕的位置確定被測材料的硬度。1822年，F(xiàn)．莫斯以十種礦物的劃痕硬度作為標(biāo)準(zhǔn)，定出十個硬度等級，稱為莫氏硬度。十種礦物的莫氏硬度級依次為：金剛石（10），剛玉（9），黃玉（8），石英（7），長石（6），磷灰石（5），螢石（4），方解石（3），石膏（2），滑石（1）。其中金剛石最硬，滑石最軟。莫氏硬度標(biāo)準(zhǔn)是隨意定出的，不能精確地用于確定材料的硬度，例如10級和9級之間的實際硬度差就遠(yuǎn)大于2級和1級之間的實際硬度差。但這種分級對于礦物學(xué)工作者野外作業(yè)是很有用的。 壓入硬度用一定的載荷將規(guī)定的壓頭壓入被測材料，根據(jù)材料表面局部塑性變形的程度比較被測材料的軟硬，材料越硬，塑性變形越小。壓入硬度在工程技術(shù)中有廣泛的用途。壓頭有多種，如一定直徑的鋼球、金剛石圓錐、金剛石四棱錐等。載荷范圍為幾克力至幾噸力（即幾十毫牛頓至幾萬牛頓）。壓入硬度對載荷作用于被測材料表面的持續(xù)時間也有規(guī)定。主要的壓入硬度有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等。 洛氏硬度這種硬度測定法是美國的S．P．洛克韋爾于1919年提出的，它基本上克服了布氏測定法的上述不足。洛氏硬度所采用的壓頭是錐角為120°的金剛石圓錐或直徑為1/16英寸（1英寸等于25.4毫米）的鋼球，并用壓痕深度作為標(biāo)定硬度值的依據(jù)。測量時，總載荷分初載荷和主載荷（總載荷減去初載荷）兩次施加，初載荷一般選用10千克力，加至總載荷后卸去主載荷，并以這時的壓痕深度來衡量材料的硬度。洛氏硬度記為HR，所測數(shù)值寫在HB后，洛氏硬度值計算公式為： 式中h表示塑性變形壓痕深度（毫米）；k是規(guī)定的常量；分母中的0.002（毫米）是每洛氏硬度單位對應(yīng)的壓痕深度。對應(yīng)于金剛石圓錐壓頭的k=0.20（毫米），對應(yīng)于鋼球壓頭的k=0.26（毫米）。 為了適應(yīng)極寬闊的測量范圍，可采用改變載荷和更換壓頭兩種辦法。不同的載荷和壓頭組成不同的洛氏硬度標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺有A、B、C三種。標(biāo)尺B用于中等硬度的金屬材料，如退火的低碳鋼和中碳鋼、黃銅、青銅和硬鋁合金；壓頭為直徑1/16英寸的鋼球；載荷為100千克力。其標(biāo)尺范圍是由HRB0到HRB100，硬度高于HRB100時鋼球可能被壓扁。標(biāo)尺C用于硬度高于HRB100的材料，如淬火鋼、各種淬火和回火合金鋼。壓頭為頂角120°的金剛石圓錐；載荷為150千克力。標(biāo)尺C的使用范圍是從HRC20到HRC70，標(biāo)尺B和C是洛氏硬度的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)尺。標(biāo)尺A用于鎢、硬質(zhì)合金及其他硬材料，還用于淬硬的薄鋼帶。由于大載荷容易損壞金剛石壓頭，所以載荷改為60千克力。標(biāo)尺A是所有洛氏硬度標(biāo)尺中唯一能在退火黃銅直到硬質(zhì)合金這樣廣闊的硬度范圍內(nèi)使用的標(biāo)尺。 洛氏硬度試驗采用三種試驗力，三種壓頭，它們共有9種組合，對應(yīng)于洛氏硬度的9個標(biāo)尺。這9個標(biāo)尺的應(yīng)用涵蓋了幾乎所有常用的金屬材料。最常用標(biāo)尺是HRC、HRB和HRF，其中HRC標(biāo)尺用于測試淬火鋼、回火鋼、調(diào)質(zhì)鋼和部分不銹鋼。這是金屬加工行業(yè)應(yīng)用最多的硬度試驗方法。HRB標(biāo)尺用于測試各種退火鋼、正火鋼、軟鋼、部分不銹鋼及較硬的銅合金。HRF標(biāo)尺用于測試純銅、較軟的銅合金和硬鋁合金。HRA標(biāo)尺盡管也可用于大多數(shù)黑色金屬，但是實際應(yīng)用上一般只限于測試硬質(zhì)合金和薄硬鋼帶材料。