洛氏硬度和维氏硬度试验原理及优缺点介绍

浏览次数：4676            发布日期：2008-08-30            作者：admin

在上一篇文章里为大家介绍了布氏硬度的优缺点，在这篇文章里将为大家介绍洛氏硬度和维氏硬度的相关知识！

一、洛氏硬度

1、试验原理

　　洛氏硬度是以顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为Φ1.588㎜的淬火钢球作压头，以规定的试验力使其压入试样表面。试验时，先加初试验力，然后加主试验力。压入试样表面之后卸除主试验力，在保留初试验力的情况下，根据试样表面压痕深度，确定被测金属材料的洛氏硬度值。
          

　　如图所示，0－0为金刚石压头还没有和试样接触的位置。1－1是在初试验力作用下压头所处的位置，压入深度为h1，目的是为了消除由于试样表面不光洁对试验结果的精确性造成的不良影响。图中2－2在总试验力（初试力＋主试验力）作用下压头所处位置，压入深度为h2。3－3是卸除主试验力后压头所处的位置，由于金属弹性变形得到恢复，此时压头实际压入深度为h3。故由于主试验力所引起的塑性变形而使压头压入深度为h＝h3－h1。洛氏硬度值由h的大小确定，压入深度h越大，硬度越低；反之，则硬度越高。一般说来，按照人们习惯上的概念，数值越大，硬度越高。因此采用一个常数c减去h来表示硬度的高低。并用每0.002㎜的压痕深度为一个硬度单位。由此获得的硬度值称为洛氏硬度值，用符号ＨＲ表示。

          

　　式中，c为常数（对于 HRC、HRA，c取0.2；对于HRB，c取0.26）。由此获得的洛氏硬度值ＨＲ为一无名数，试验时一般由试验机指示器上直接读出。

2、常用洛氏硬度标尺及适用范围

标　尺	压头类型	总试验力 kgf	硬度值有效范围	应　　用
HRA HRB HRC	120°金刚石圆锥体 (1/16) ” ( Φ1.588㎜)钢球 120°金刚石圆锥体	600 1000 1500	70－88 20－100 20－70	硬质合金、表面淬火层或渗碳层等 有色金属、退火、正火钢等 淬火钢、调质钢等

　　上述洛氏硬度的三种标尺中，以ＨＲＣ应用最多，一般经淬火处理的钢或工具都采用ＨＲＣ测量。在中等硬度情况下，洛氏硬度ＨＲＣ与布氏硬度ＨＢＳ之间关系约为1：10，如40ＨＲＣ　相当于400ＨＢＳ　。如50ＨＲＣ，表示用ＨＲＣ标尺测定的洛氏硬度值为50。硬度值应在有效测量范围内（ＨＲＣ为20－70）为有效。

3、试验优缺点

优点：①操作简单迅速，效率高，直接从指示器上可读出硬度值；
　　　②压痕小，故可直接测量成品或较薄工件的硬度；
　　　③对于ＨＲＡ和ＨＲＣ采用金刚石压头，可测量高硬度薄层和深层的材料。

缺点：由于压痕小，测得的数值不够准确，通常要在试样不同部位测定四次以上，取其平均值为该材料的硬度值。

 

二、维氏硬度布氏硬度试验不适用于测定硬度较高的材料。洛氏硬度试验虽然可用于测定较材料和硬材料，但其硬度值不能进行比较。维氏硬度试验可以测量从软到硬的各种材料以及金属零件的表面硬度，并有连续一致的硬度标尺。

1、试验原理

　　维氏硬度试验原理与布氏硬度相似，也是根据压痕单位表面积上的试验力大小来计算硬度值。区别在于压头采用锥面夹角为136°的金刚石正四棱锥体，将其以选定的试验力压入试样表面，按规定保持一定时间后卸除试验力，测量压痕两对角线长度，如书上Ｐ９图1－5所示。维氏硬度值用四棱锥压痕单位面积上所承受的平均压力表示，符号ＨＶ。 

　　 

　　式中　Ｆ－作用在压头上的试验力（Ｎ）,d－压痕两对角线长度的平均值（㎜）,ＨＶ值的单位为Ｎ /㎜ 2 ，但习惯上只写出硬度值而不标出单位。

2、常用试验力及其适用范围

　　维氏硬度试验所用试验力视其试件大小、薄厚及其它条件，可在49.03－980.7Ｎ的范围内选择试验力。常用的试验胃有49.03、98.07、196.1、294.2、490.3、980.7Ｎ。ＨＶ符号前面的数字为硬度值，后面依次用相应数字注明试验力和试验力保持时间（10－15s不标注）。如６４０／ＨＶ３０／２０,表示30kgf (294.2N) 试验力，保持时间为20s测得维氏硬度值为640。

　　维氏硬度法适用范围宽，尤其适用于测定金属镀层、薄片金属及化学热处理后的表面硬度，其结果精确可靠。当试验力小于0.2 kgf　（1.961Ｎ）时，可用于测量金相组织中不同相的硬度。

3、试验优缺点

优点：①与布氏、洛氏硬度试验比较，维氏硬度试验不存在试验力与压头直径有一定比例关系的约束；

　　　②不存在压头变形问题；

　　　③压痕轮廓清晰，采用对角线长度计量，精确可靠，硬度值误差较小。

缺点：其硬度值需要先测量对角线长度，然后经计算或查表确定，故效率不如洛氏硬度试验高。