硬度是衡量材料軟硬程度的一個性能指標。硬度試驗的方法較多,原理也不相同,測得的硬度值和含義也不完全一樣。最常用的是靜負荷壓入法硬度試(shi)驗,即布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA,HRB,HRC)、維氏硬度(HV),其值表示材料表面抵抗堅硬物體壓入的能力。而里氏硬度(HL)、肖氏硬度(HS)則屬于回跳法硬度試驗,其值代表金屬彈性變形功的大小。因此,硬度不是一個單純的物理量,而是反映材料的彈性、塑性、強度和韌性等的一種綜合性能指標。


 硬度的測(ce)試方(fang)法有:劃(hua)痕法(莫(mo)氏(shi)(shi))、壓入法(布(bu)氏(shi)(shi)、洛氏(shi)(shi)、維氏(shi)(shi))、動力(li)法(里氏(shi)(shi))。 


 下面介紹(shao)各種硬度測試(shi)法: 


 1. 莫(mo)氏硬度     


  這是(shi)一個最古(gu)老的測量硬度(du)(du)(du)(du)是(shi)1824年由(you)德國礦(kuang)物學家(jia)莫(mo)斯(Frederich Mohs)首先提出。應用(yong)(yong)劃(hua)痕法(fa)將棱(leng)錐形金剛(gang)鉆(zhan)針刻劃(hua)所(suo)試礦(kuang)物的表(biao)(biao)面而發生劃(hua)痕。用(yong)(yong)測得的劃(hua)痕的深度(du)(du)(du)(du)來(lai)表(biao)(biao)示硬度(du)(du)(du)(du):滑石(shi)(shi)(talc)1(硬度(du)(du)(du)(du)最小),石(shi)(shi)膏(gypsum)2,方解石(shi)(shi)(calcite)3,螢(ying)石(shi)(shi)(fluorite)4,磷灰石(shi)(shi)(apatite)5,正長石(shi)(shi)(feldspar;orthoclase;periclase)6,石(shi)(shi)英(quartz)7,黃玉(topaz)8,剛(gang)玉(corundum)9,金剛(gang)石(shi)(shi)(diamond)10。莫(mo)氏硬度(du)(du)(du)(du)也用(yong)(yong)于表(biao)(biao)示其他(ta)固(gu)體物料的硬度(du)(du)(du)(du)。但莫(mo)氏硬度(du)(du)(du)(du)試驗不適合準(zhun)確(que)衡量,如鋼或陶瓷工業材料的硬度(du)(du)(du)(du) 對于工程材料,各種手段已經發展了多(duo)年,提供精確(que)的硬度(du)(du)(du)(du)測量。有(you)了許多(duo)應用(yong)(yong)加(jia)載測試力(li)和(he)測量深度(du)(du)(du)(du)或由(you)此產生的壓痕尺寸,硬度(du)(du)(du)(du)就可(ke)宏觀,微觀和(he)納(na)米尺度(du)(du)(du)(du)來(lai)衡量。 


 2. 布氏硬度 


  布(bu)式硬(ying)度(HB,是(shi)最早用來測(ce)試材(cai)(cai)料(liao)硬(ying)度)是(shi)以一定(ding)大小的(de)(de)試驗載荷(he),將(jiang)一定(ding)直(zhi)徑的(de)(de)淬硬(ying)鋼球(qiu)或硬(ying)質合(he)金(jin)球(qiu)壓(ya)入(ru)被測(ce)金(jin)屬(shu)表(biao)面(mian)(mian),保(bao)持(chi)規(gui)定(ding)時間,然后(hou)卸(xie)荷(he),測(ce)量被測(ce)表(biao)面(mian)(mian)壓(ya)痕(hen)直(zhi)徑。布(bu)式硬(ying)度值(zhi)(zhi)是(shi)載荷(he)除(chu)以壓(ya)痕(hen)球(qiu)形表(biao)面(mian)(mian)積所得的(de)(de)商。一般為(wei)(wei):以一定(ding)的(de)(de)載荷(he)(一般3000kg)把一定(ding)大小(直(zhi)徑一般為(wei)(wei)10mm)的(de)(de)淬硬(ying)鋼球(qiu)壓(ya)入(ru)材(cai)(cai)料(liao)表(biao)面(mian)(mian),保(bao)持(chi)一段時間,去載后(hou),負(fu)荷(he)與其壓(ya)痕(hen)面(mian)(mian)積之比值(zhi)(zhi),即(ji)為(wei)(wei)布(bu)氏硬(ying)度值(zhi)(zhi)(HB),單位為(wei)(wei)公斤力/mm2 (N/mm2)。     


  布氏(shi)硬度(du)(du)(HB)一(yi)般用(yong)于材料(liao)較(jiao)軟(ruan)的時(shi)候(hou),如有(you)色金屬(shu)、熱(re)處理之前或退火后的鋼鐵。洛氏(shi)硬度(du)(du)(HRC)一(yi)般用(yong)于硬度(du)(du)較(jiao)高的材料(liao),如熱(re)處理后的硬度(du)(du)等(deng)等(deng)。     布式硬度(du)(du)壓痕較(jiao)大,測量值準,不(bu)適用(yong)成(cheng)品和薄(bo)片,一(yi)般不(bu)歸于無損檢測一(yi)類。但HB應用(yong)范圍較(jiao)廣。 


 3. 洛氏硬度 


  洛(luo)式硬(ying)度(du)(du)是以(yi)壓痕塑性(xing)變(bian)形深度(du)(du)來確定(ding)硬(ying)度(du)(du)值指標。以(yi)0.002毫米作(zuo)為一(yi)個(ge)硬(ying)度(du)(du)單位。當HB>450或者試樣過小時,不(bu)能采用(yong)布(bu)氏(shi)硬(ying)度(du)(du)試驗而改(gai)用(yong)洛(luo)氏(shi)硬(ying)度(du)(du)計(ji)量。它(ta)是用(yong)一(yi)個(ge)頂角120°的(de)金剛石圓錐體或直徑(jing)為1.59、3.18mm的(de)鋼球(qiu),在一(yi)定(ding)載荷下壓入被測材料(liao)表面,由壓痕的(de)深度(du)(du)求(qiu)出材料(liao)的(de)硬(ying)度(du)(du)。根據試驗材料(liao)硬(ying)度(du)(du)的(de)不(bu)同,分三種不(bu)同的(de)標度(du)(du)來表示: 


  HRA:是采用60kg載荷和鉆石錐(zhui)壓入(ru)器(qi)求得的硬度,用于硬度極高(gao)的材料(如硬質(zhi)合金等)。  


  HRB:是采(cai)用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬(ying)(ying)的鋼球,求得的硬(ying)(ying)度,用于硬(ying)(ying)度較低的材料(如(ru)退火鋼、鑄鐵等)。  


  HRC:是采用(yong)150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的(de)(de)硬度,用(yong)于(yu)硬度很高的(de)(de)材(cai)料(liao)(如淬火(huo)鋼(gang)等)。  


  另外:  1. HRC含意是洛式硬度C標尺(chi),  2. HRC適用(yong)范圍HRC 20~67,相當(dang)于(yu)HB225~650 。


  若(ruo)硬度(du)(du)高(gao)于此范(fan)圍則用(yong)洛(luo)式(shi)硬度(du)(du)A標尺(chi)HRA。  若(ruo)硬度(du)(du)低于此范(fan)圍則用(yong)洛(luo)式(shi)硬度(du)(du)B標尺(chi)HRB。  


  表面(mian)(mian)洛(luo)(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan) : 表面(mian)(mian)洛(luo)(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)采(cai)用三種試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)力,兩種壓頭,它(ta)們有(you)6種組合(he),對應于(yu)表面(mian)(mian)洛(luo)(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)的(de)6個標尺。表面(mian)(mian)洛(luo)(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)是對洛(luo)(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)的(de)一(yi)種補充,在采(cai)用洛(luo)(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)時(shi)(shi),當遇到材料較薄,試(shi)樣較小,表面(mian)(mian)硬(ying)(ying)(ying)化層較淺(qian)或測(ce)(ce)試(shi)表面(mian)(mian)鍍(du)覆層時(shi)(shi),就(jiu)應改用表面(mian)(mian)洛(luo)(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)。這(zhe)時(shi)(shi)采(cai)用與洛(luo)(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)相同的(de)壓頭,采(cai)用只有(you)洛(luo)(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)幾(ji)分之(zhi)一(yi)大小的(de)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)力,就(jiu)可(ke)以(yi)在上述試(shi)樣上得到有(you)效的(de)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)結果。表面(mian)(mian)洛(luo)(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)的(de)N標尺適用于(yu)類(lei)似洛(luo)(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)的(de)HRC、HRA和HRD測(ce)(ce)試(shi)的(de)材料;T標尺適用于(yu)類(lei)似洛(luo)(luo)氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)(ying)度(du)(du)(du)的(de)HRB、HRF和HRG測(ce)(ce)試(shi)的(de)材料。 


 4. 維氏硬度和努氏(knoop)試驗(yan)      


  維(wei)氏和(he)努(nu)氏硬度試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(努(nu)普顯微壓(ya)痕(hen)(hen)硬度試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan))是(shi)在布氏修改和(he)測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)用(yong)于(yu)測(ce)量薄膜涂層(ceng)或滲碳零(ling)件表面硬度的(de)硬度。有了這些測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)中,金字(zi)塔是(shi)一個小(xiao)鉆(zhan)石(shi)壓(ya)入樣(yang)品在外力作用(yong)下,這一點比布氏在測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)中使用(yong)的(de)少。之(zhi)間(jian)的(de)維(wei)氏和(he)努(nu)氏試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)的(de)差異僅僅是(shi)金字(zi)塔形狀的(de)鉆(zhan)石(shi)壓(ya)頭。測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)使用(yong)的(de)維(wei)氏壓(ya)頭,方(fang)形金字(zi)塔是(shi)脆性材料容易出(chu)現裂紋(wen)。因此,努(nu)氏試(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)使用(yong)的(de)是(shi)菱形為(wei)基礎(chu)的(de)(對角線比7.114:1)錐體壓(ya)痕(hen)(hen),制(zhi)定了生產(chan)時間(jian),但是(shi)較(jiao)淺的(de)壓(ya)痕(hen)(hen)。出(chu)于(yu)同(tong)樣(yang)的(de)載(zai)荷,努(nu)氏壓(ya)痕(hen)(hen)約2.8倍以上維(wei)克斯縮進。     


  外加載荷(he)從10g中使用(yong)到1000克。這(zhe)種低負荷(he)量(liang)創(chuang)建一個(ge)小(xiao)的(de)縮進,必須(xu)在顯微鏡下測量(liang)。氮化鈦(tai)硬(ying)質涂層像的(de)測量(liang),必須(xu)采取(qu)非常高倍率(即1000倍),因為(wei)這(zhe)么小(xiao)的(de)縮進。表面通(tong)常需要(yao)打磨。的(de)印象的(de)對角線(xian)測量(liang),這(zhe)些(xie)價值觀(guan)是(shi)用(yong)于獲取(qu)硬(ying)度(du)號碼(VHN接(jie)),從查找表或(huo)圖表通(tong)常。維克斯測試可以用(yong)來描述非常堅硬(ying)材料,但硬(ying)度(du)是(shi)在一個(ge)非常小(xiao)的(de)地區衡量(liang)。      


  這(zhe)些值表示希(xi)望2500 HK25(或HV25)的含義,在(zai)25克的力(li)載荷(he)2500努普硬度。本努氏和維氏硬度值略有不同,但(dan)對于硬質涂層,該(gai)值是(shi)足(zu)夠接近的測量誤差范圍(wei)內,可以(yi)互換使用。  


5. 肖氏硬度


 (肖氏(shi)硬(ying)度(du)(du),又(you)稱“邵氏(shi)硬(ying)度(du)(du)”)和回彈硬(ying)度(du)(du)測(ce)試  簡稱HS。表示(shi)材料(liao)硬(ying)度(du)(du)的(de)一(yi)種標(biao)準。由英國人肖爾(Albert F. Shore)首先提出。  應用(yong)彈性回跳(tiao)法將撞銷從一(yi)定高(gao)度(du)(du)落(luo)到所(suo)試材料(liao)的(de)表面(mian)上而發生回跳(tiao)。撞銷是一(yi)只具有尖(jian)端(duan)(duan)的(de)小錐,尖(jian)端(duan)(duan)上常鑲有金(jin)剛鉆。用(yong)測(ce)得的(de)撞銷回跳(tiao)的(de)高(gao)度(du)(du)來表示(shi)硬(ying)度(du)(du)。  


   肖(xiao)氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)試(shi)驗是一(yi)種動態力試(shi)驗,與布(bu)、洛、維(wei)等(deng)靜態力試(shi)驗法相(xiang)比(bi)(bi),準(zhun)確度(du)(du)(du)稍差(cha),受測試(shi)時的垂直性(xing),試(shi)樣表面(mian)光潔度(du)(du)(du)等(deng)因(yin)素的影響,數據(ju)分散性(xing)較大,其測試(shi)結果的比(bi)(bi)較只限于(yu)彈(dan)性(xing)模(mo)量(liang)相(xiang)同的材料。它對試(shi)樣的厚度(du)(du)(du)和重(zhong)量(liang)都有一(yi)定要求(qiu),不適于(yu)較薄和較小試(shi)樣,但是它是一(yi)種輕(qing)便(bian)的手(shou)提式儀器,便(bian)于(yu)現場測試(shi),其結構簡單,便(bian)于(yu)操作(zuo),測試(shi)效率高。  肖(xiao)氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)計(ji)適用(yong)于(yu)測定黑色金(jin)(jin)屬和有色金(jin)(jin)屬的肖(xiao)氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)值。肖(xiao)氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)計(ji)便(bian)于(yu)攜帶,特(te)別(bie)適用(yong)于(yu)冶金(jin)(jin)、重(zhong)型(xing)機械行業中的中大型(xing)工件(jian),例如大型(xing)構件(jian)、鑄件(jian)、鍛件(jian)、曲(qu)軸、軋(ya)輥、特(te)大型(xing)齒輪、機床(chuang)導(dao)軌(gui)等(deng)工件(jian)。在橡膠(jiao)、塑(su)料行業中常(chang)稱作(zuo)邵氏(shi)(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)。 


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