一文看懂硬度测试

2022-08-11
铄思百检测

硬度是衡量材料抵抗局部变形,特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。通常,材料越硬,其耐磨性越好,比如 齿轮等机械零部件会要求有一定的硬度,以保证足够的耐磨性和使用寿命。


硬度的类型


如上图,硬度原来有这么多种类型...今天为您介绍一下金属硬度中常见的、实用的 压痕硬度试验。



硬度测试 ----

材料的硬度测试大致有三类方法:

1、压入法,主要有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。

2、回跳式,主要有肖氏硬度、邵氏硬度、理氏硬度。

3、刻划法,如莫氏硬度。

布氏硬度通常用于测定铸铁、非铁4102金属、低合金结构钢及结构钢调质件等。洛氏硬度理论上可用于各种材料硬度的测试,但因用不同的硬度等级测得的硬度值无法比较,故常用于淬火钢的硬度测试。维氏硬度常用于表面淬火时硬化层深度和化学热处理(如渗氮)件表面硬度测试。肖氏硬度和理氏硬度常用于测试经精加工零件的表面硬度,如机床淬火权导轨等。莫氏硬度是一种划痕硬度,主要用于无机非金属材料,特别是矿物的硬度测试。





硬度的定义

1

布氏硬度

Brinell Hardness

布氏硬度(符号HB)试验方法,在已成公认规格的硬度中,是最早被开发总结出来的一种方法,它促成了其他硬度试验方法的出现。

布氏硬度试验的原理为:压头(钢球或硬质合金球、直径Dmm)施加试验力F,试样打压后,提升压头留下的凹部直径d(mm)中计算出球压头与试样的接触面积S(mm2),除试验力而得出的值。压头为钢球时的符号为HBS、硬质合金球时为HBW。k是常数(1/g= 1/9.80665 = 0.102)。

2

维氏硬度

Vickers Hardness

硬度(符号HV)是可以用任意试验力进行试验的应用范围最为广泛的试验方法,特别在9.807N以下的微小硬度领域的应用非常多。

维氏硬度是将试验力F(N)除以标准片与压头之间的接触面积S(mm2)所得的值,该面积根据在试验力F(N)下通过压头(四方锥金刚石,相对面角=136˚)在标准片上形成的压痕的对角线长度d(mm,两个方向长度的平均值)计算。k为常数(1/g=1/9.80665)。

3

努氏硬度

Knoop Hardness

努氏硬度(符号HK) 如以下公式所示,是通过将试验力除以压痕投影面积A (mm2)所计算的值,该面积根据在试验力F通过按压长菱形金刚石压头(相对边角为172˚30'和130˚)在标准片上形成的压痕的较长对角线长度d (mm)计算。努氏硬度也可以通过将显微硬度试验机的维氏压头替换为努氏压头来测量。

4

洛氏及表面洛氏硬度

Rockwell Hardness

洛氏硬度(符号 HR)或洛氏表面硬度的测量之前,需先使用金刚石压头(尖端锥角:120˚,尖端半径:0.2mm)或球形压头(钢球或硬质合金球)向标准片施加预加载力,然后施加试验力,并恢复预加载力。

该硬度值由硬度公式得出,该公式以预加载力和试验力之间的压痕深度h(μm)之差表示。洛氏硬度测试使用98.07N的预加载力,洛氏表面硬度测试则使用29.42N的预加载力。结合压头类型、试验力和硬度公式一起提供的特定符号被称为标尺。日本工业标准(JIS)定义了各种相关硬度标尺。

硬度试验机操作比较简单迅速, 可直接在原材料或零件表面上测试,因此被广泛应用。

硬度试验机阵容

显微维氏硬度试验机 HM系列

维氏硬度试验机 HV系列

洛氏硬度试验机 HR系列

便携式里氏硬度计 HH系列

硬度试验方法的选择指南,供您参考:

硬度选择指南

硬度选择换算

1.努氏硬度与维氏硬度的换算

(1)以相同硬度的物体对努氏维氏两种压头具有相等的抗力为依据,分别对维氏努氏两种压头在加载荷下的应力进行推导,再根据σ H K=σ HV 得出:HV=0.968HK。本公式是在低载荷下测得,误差比较大。此外在硬度值大于HV900时此公式误差很大,失去参考价值。

(2)经过推导与修正提出努氏硬度与维氏硬度的换算公式为

经实际数据验证,该公式的最大相对换算误差为0.75%,具有较高的参考价值。

2.洛氏硬度与维氏硬度的换算

(1)对Hans·Qvarnstorm提出的The Qvarnstorm换算公式

进行修正后得出洛氏硬度与维氏硬度的换算公式为:

此公式用我国公布的黑色金属硬度标准数据进行换算,其HRC误差基本上在±0.4HRC 范围内,其最大误差也仅士0.9HRC,计算的HV误差最大为±15HV。

(2)根据不同压头所受应力σ HRC =σ HV ,通过对洛氏硬度与维氏硬度压痕深度关系曲线的分析得出公式

本公式与国家标准实验换算值对照,换算式计算结果与标准实验值之误差为±0.1HRC。

(3)根据实际的实验数据利用线性回归的方法对洛氏硬度与维氏硬度的换算进行探讨,得出公式:

本公式使用范围小,误差较大,但计算简便,在对精度要求不高时可以使用。

3.洛氏硬度与布氏硬度的换算

(1)对布氏压痕和洛氏压痕深度关系进行分析,根据压头的应力σ HRC =σ HB 得出换算公式

计算结果与国家标准实验值对照,换算式计算结果与标准实验值之误差为±0.1HRC。

(2)根据实际实验数据用线性回归法得到公式

公式误差偏大,使用范围偏小,但计算简便,在对精度要求不高的情况下可以使用。

4.布氏硬度与维氏硬度的换算

布氏硬度与维氏硬度的关系,同样根据σ HB =σ HV 得出公式

此公式换算结果与国家标准换算值对照,换算误差为±2HV。

5.努氏硬度与洛氏硬度的换算

因为努氏硬度与洛氏硬度的对应曲线类似于抛物线,故由曲线得出近似的换算公式为

常用HV=HB=HRC硬度对照表

常见黑色金属硬度对照表(强度近似换算)



硬度分类


抗拉强度

N/mm2





洛氏维氏布氏

HRCHRAHVHB
17211211710
17.5214214715
18216216725
18.5218218730
19221220735
19.5223222745
20226225750
20.5229227760
21231229765
21.5234232775
22237234785
22.5240237790
23243240800
23.5246242810
24249245820
24.5252248830
25255251835
25.5258254850
26261257860
26.5264260870
27268263880
27.5271266890
28274269900
28.5278273910
29281276920
29.5285280935
30289283950
30.5292287960
31296291970
31.5300294980
32304298995
32.53083021010
333123061020
33.53163101035
343203141050
34.53243181065
353293231080
35.53333271095
363383321110
36.53423361125
373473411140
37.53523451160
383573501175
38.53623551190
39703673601210
39.570.33723651225
4070.83823751260
40.570.53773701245
4171.13883801280
41.571.33933851300
4271.63993911320
42.571.84053961340
4372.14114011360
43.572.44174071385
4472.64234131405
44.572.94294181430
4573.24364241450
45.573.44434301475
4673.74494361500
46.573.94564421525
4774.24634491550
47.574.54704551575
4874.74784611605
48.5754854681630
4975.34934741660
49.575.55014811690
5075.85094881720
50.576.15174941750
5176.35255011780
51.576.65341815
5276.95431850
52.577.15511885
5377.45611920
53.577.75701955
5477.95791995
54.578.25892035
5578.55992075
55.578.76092115
56796202160
56.579.36312205
5779.56422250
57.579.86532295
5880.16642345
58.580.36762395
5980.66882450
59.580.97002500
6081.27132555
60.581.4726
6181.7739
61.582752
6282.2766
62.582.5780
6382.8795
63.583.1810
6483.3825
64.583.6840
6583.9856
65.584.1872
6684.4889
66.584.7906
6785923
67.585.2941
6885.5959
68.585.8978
6986.1997
69.586.31017
7086.61037
HRC/HB近似换算小窍门
硬度高于20HRC ,1HRC≈10HB,
硬度低于20HRC,1HRC≈11.5HB。
备注:对于切削加工,基本可统一换算1HRC≈10HB(工件材料硬度有波动范围)


更多测试请联系铄思百检测

来源:铄思百检测