常見(jiàn)金屬材料硬度測(cè)量分析
除了洛氏C標(biāo)尺和布氏硬度,維氏和布氏有粗略的換算關(guān)系外,其它大多數(shù)的硬度換算只能通過(guò)查表。 HRC主要用于淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等硬度較高的材料,測(cè)量范圍HRC20~67。 HRB主要用于軟鋼,有色金屬等較軟的材料。測(cè)量范圍HRB25~100。 在手冊(cè)中可以通過(guò)維 氏硬度換算。 HRB100=HV233=HRC21.8; HRB99.2=HV226=HRC20.0; HRB96= HV211=HRC17.0。 但兩者之間的重疊范圍只有這么大。金屬材料抵抗硬的物體壓陷表面的能力,稱為硬度。根據(jù)試驗(yàn)方法和適用范圍不同,硬度又可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度、顯微硬度和高溫硬度等。對(duì)于管材一般常用的有布氏、洛氏、維氏硬度三種。 A、布氏硬度(HB) 用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球,以規(guī)定的試驗(yàn)力(F)壓入式樣表面,經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力,測(cè)量試樣表面的壓痕直徑(L)。布氏硬度值是以試驗(yàn)力除以壓痕球形表面積所得的商。以HBS(鋼球)表示,單位為N/mm2(MPa)。 其計(jì)算公式為: 式中:F--壓入金屬試樣表面的試驗(yàn)力,N; D--試驗(yàn)用鋼球直徑,mm; d--壓痕平均直徑,mm。 測(cè)定布氏硬度較準(zhǔn)確可靠,但一般HBS只適用于450N/mm2(MPa)以下的金屬材料,對(duì)于較硬的鋼或較薄的板材不適用。在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中,布氏硬度用途zui廣,往往以壓痕直徑d來(lái)表示該材料的硬度,既直觀,又方便。 舉例:120HBS10/1000130:表示用直徑10mm鋼球在1000Kgf(9.807KN)試驗(yàn)力作用下,保持30s(秒)測(cè)得的布氏硬度值為120N/ mm2(MPa)。 B、洛氏硬度(HK) 洛氏硬度試驗(yàn)同布氏硬度試驗(yàn)一樣,都是壓痕試驗(yàn)方法。不同的是,它是測(cè)量壓痕的深度。即,在初邕試驗(yàn)力(Fo)及總試驗(yàn)力(F)的先后作用下,將壓頭(金鋼廠圓錐體或鋼球) 壓入試樣表面,經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后,卸 除主試驗(yàn)力,用測(cè)量的殘余壓痕深度增量(e)計(jì)算硬度值。其值是個(gè)無(wú)名數(shù),以符號(hào)HR表示,所用標(biāo)尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9個(gè)標(biāo)尺 其中常用于鋼材硬度試驗(yàn)的標(biāo)尺一般為A、B、C,即HRA、HRB、HRC。 硬度值用下式計(jì)算: 當(dāng)用A和C標(biāo)尺試驗(yàn)時(shí),HR=100-e 當(dāng)用B標(biāo)尺試驗(yàn)時(shí),HR=130-e 式中e--殘余壓痕深度增量,其什系以規(guī)定單位0.002mm表示,即當(dāng)壓頭軸向位移一個(gè)單位(0.002mm)時(shí),即相當(dāng)于洛氏硬度變化一個(gè)數(shù)。e值愈大,金屬的硬度愈低,反之則硬度愈高。 上述三個(gè)標(biāo)尺適用范圍如下: HRA(金剛石圓錐壓頭)20-88 HRC(金剛石圓錐壓頭)20-70 HRB(直徑1.588mm鋼球壓頭)20-100 洛氏硬度試驗(yàn)是目前應(yīng)用很廣的方法,其中HRC在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中使用僅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可適用于測(cè)定由極軟到極硬的金屬材料,它彌補(bǔ)了布氏法的不是,較布氏法簡(jiǎn)便,可直接從硬度機(jī)的表盤(pán)讀出硬度值。但是,由于其壓痕小,故硬度值不如布氏法準(zhǔn)確。 C、維氏硬度(HV) 維氏硬度試驗(yàn)也是一種壓痕試驗(yàn)方法,是將一個(gè)相對(duì)面夾角為1360的正四棱錐體金剛石壓頭以選定的試驗(yàn)力(F)壓入試驗(yàn)表面,經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力,測(cè)量壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度。 維氏硬度值是試驗(yàn)力除以壓痕表面積所得之商,其計(jì)算公式為: 式中:HV--維氏硬度符號(hào)N/mm2(MPa); F--試驗(yàn)力,N; d--壓痕兩對(duì)角線的算術(shù)平均值,mm。 維氏硬度采用的試驗(yàn)力F為5(49.03)、10(98.07)、20(196.1)、30(294.2)、50(490.3)、100(980.7)Kgf(N)等六級(jí),可測(cè)硬度值范圍為5~1000HV。 表示方法舉例:640HV30/20表示用30Hgf(294.2N)試驗(yàn)力保持20S(秒)測(cè)定的維氏硬度值為640N/mm2(MPa)。 維氏硬度法可用于測(cè)定很薄的金屬材料和表面層硬度。它具有布氏、洛氏法的主要優(yōu)點(diǎn),而克服了它們的基本缺點(diǎn),但不如洛氏法簡(jiǎn)便。維氏法在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中很少用。 HB是用一定的力將一定直徑(2.5、5、10)的鋼球壓向被測(cè)材料的表面,然后測(cè)量被測(cè)材料表面鋼球壓痕的直徑以判斷材料的硬度。 材料的原始狀態(tài)和鋼材的退火、正火或調(diào)質(zhì)常用HB。 HR有A、B 、C3三種。 和C 用120度的金剛石正圓錐體作測(cè)頭,B用直徑1.588的鋼球作測(cè)頭。測(cè)量方法都是先用一個(gè)預(yù)壓力將測(cè)頭壓在被測(cè)材料的表面,再施以主壓力,然后撤除主壓力,測(cè)量壓入深度判斷材料的硬度。 HV是對(duì)HR的一種改良。因120度的正圓錐體不符合金剛石的晶體結(jié)構(gòu),不易磨好,所以HV將測(cè)頭改為棱圓椎體,頂端可以制作得非常精良。測(cè)量方法同HR。 HRA和HV用來(lái)測(cè)量材料經(jīng)表面熱處理,如氮化、滲碳以后的表面硬度,HRC常用于測(cè)量淬火后硬度。