硬計(jì)基本原理

1、附錄一 硬度計(jì)基本原理一、布爾硬度（HB）1、基本原理將載荷P和直線為D的淬火鋼球壓入試樣的表面，并保持一定時(shí)間，然后去除載荷P，測量壓痕直徑d，見圖1所示。最后計(jì)算出布氏硬度值。計(jì)算公式如下：若壓痕的深度為h，則壓痕的面積為圖1布爾硬度計(jì)測量原理圖式中計(jì)算平均壓力，以此人為試樣硬度值，稱布氏硬度值，以符號(hào)HB表示。P施加的載荷；F壓痕的表面積；D鋼球的直徑；d壓痕直徑。在P和D一定的情況，布氏硬度的高低取決于壓痕的直徑d，d越大，表明材料的HB值越低即材料軟；反之材料硬度高即HB值越大。在具體測量時(shí)，并不是每次都按上述公式去算，而是根據(jù)D與P值的大小，測量出痕壓的直徑d，然后查表即得，這種表

2、格就是根據(jù)上述公式計(jì)算制出的，可參考附錄一。由于材料有硬有軟，工件有厚、薄、大、小之分，為適應(yīng)不同情況，其壓頭有2.5mm、5mm、10mm三種鋼球。載荷有156N、625N、1875N、2500N、7500N、10000N、30000N7種。在具體測量時(shí)只要滿足P/D2為常數(shù)，則對(duì)同一材料來說，布氏硬度值都相同；對(duì)不同材料，所得布氏硬度值是可進(jìn)行比較的。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定P/D2為30、10、2.5三種。按表1布氏硬度試驗(yàn)的規(guī)范來選擇鋼球直徑D和加壓負(fù)荷P以及保壓時(shí)間。在試樣截面大小和厚度允許的情況下，盡可能選用直徑大的鋼球和大的載荷 ，這樣更接近于材料的真實(shí)性能；同時(shí)測量的壓痕大，誤差也小。所以

3、測定鋼的硬度時(shí)，盡可能用10mm鋼球和30000N的載荷 。壓痕直徑應(yīng)在0.25Dd0.6D的范圍內(nèi)，否則試驗(yàn)結(jié)果無效，應(yīng)選其他規(guī)范重做實(shí)驗(yàn)。這是因?yàn)閐值太小，靈敏度和準(zhǔn)確性將降低，若d值太大，壓痕的幾何形狀不能保持相似的關(guān)系，影響準(zhǔn)確性。表1 布氏硬度實(shí)驗(yàn)規(guī)范金屬 類型布氏硬度范圍（HB）負(fù)荷 P與壓頭直徑D的關(guān)系鋼球直徑D(mm)鋼球直徑D(mm)負(fù)荷 P/N載荷持續(xù)時(shí)間（s）黑色金=30D210.05.02.53000075001895106633P=10D210.05.02.510000250062510有色金屬13063422P=30D210.05.02.5

4、3000075001895303613093636633P=2.5D210.05.02.5250062515660布氏硬度計(jì)的壓頭，是淬火的高碳工具鋼制的鋼球，為了避免鋼球壓裂或變形，不能測太硬的材料。2布氏硬度計(jì)的構(gòu)造與操作圖2 HB-3000布氏硬度計(jì)結(jié)構(gòu)圖常用布氏硬度計(jì)有油壓式和杠桿式兩種，油壓式是通過液體來傳遞壓力，是比較早期的硬度計(jì)類型，容易產(chǎn)生過載等缺點(diǎn)。目前多采有杠桿式硬度計(jì)，它是通過杠桿來傳遞補(bǔ)壓力，是較完善的硬度計(jì)?，F(xiàn)以HB-3000型布氏硬度計(jì)為例，介紹其主要結(jié)構(gòu)，見圖2所示。指示燈用于表示加載過程；壓頭是淬火鋼球制成；載物臺(tái)放置試樣；升降絲桿使載物臺(tái)升降的機(jī)構(gòu)；手輪使絲桿

5、發(fā)生上、下旋轉(zhuǎn)；時(shí)間定位器用于控制加載時(shí)間；加載按鈕用于施加載荷。二、洛氏硬度（HR） 洛氏硬度法克服了布氏硬度法的缺點(diǎn)，它的壓痕較小，可測較高硬度，可直接讀數(shù)，操作方法、效率高，幫為熱處理產(chǎn)品檢驗(yàn)的主要方法之一。1、測試原理洛氏硬度法也采用壓入法，它用金剛石和鋼球作壓頭。但它是以壓痕的陷凹深度作為計(jì)量硬度指標(biāo)。為了可以用一個(gè)試驗(yàn)機(jī)測定從軟到硬的材料的硬度，采用了不同的壓頭和總負(fù)荷，組成了15種不同的洛氏硬度標(biāo)尺。表2所示為各種洛氏硬度標(biāo)尺的、試驗(yàn)條件及其應(yīng)用。鋼鐵材料常用HRB和HRC兩種標(biāo)尺測定。表2 各種洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件及其應(yīng)用標(biāo)度符號(hào)采用壓頭總負(fù)荷（N）表盤指示刻度顏色常用范圍應(yīng)

6、用舉例HRA金鋼石圓錐600黑色7085碳化物、硬質(zhì)合金、鋼材表面硬化層HRB1.588mm鋼球1000紅色25100軟鋼、退火鋼、銅合金、鋁合金、可鍛鑄鐵HRC金鋼石圓錐1500黑色2067淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼、深層表面硬化鋼HRD金鋼石圓錐1000黑色4077薄鋼板、中等厚度的表面硬化工件HRE3.157mm鋼球1000紅色70100鑄鐵、鋁、鎂合金、軸承合金等HRF1588 mm鋼球600紅色40100薄軟鋼板、退火銅合金等HRG1588 mm鋼球1500紅色3194磷青銅、鈹青銅等HRH3.157mm鋼球600紅色-測定軸承合金等非均質(zhì)合金的平均硬度HRK6.350 mm鋼球1500紅色40

7、100HRL6.350 mm鋼球600紅色-HRM6.350 mm鋼球1000紅色-HRP6.350 mm鋼球1500紅色-HRR12.70 mm鋼球600紅色-HRS12.70 mm鋼球1000紅色-HRV12.70 mm鋼球1500紅色-各種洛氏硬度的測量原理都相似，現(xiàn)以測量HRC為例說明之。圖3-5是洛氏硬度計(jì)測量原理圖，一般較硬的金屬材料（如淬火后的工件）用金剛石壓頭，較軟的金屬材料用鋼球壓頭。圖3 洛氏硬度計(jì)測量原理圖總載荷P分為兩次加在壓頭上。首先加入預(yù)載荷p0，使壓頭與試樣的表面接觸良好，此時(shí)壓痕深度為h1(見圖3a)；然后加入主載茶p1，這時(shí)總載荷P= p0 +p1，此時(shí)壓痕深度增加到h2位置(見圖3b)。隨后將主載荷卸除，此時(shí)壓痕由于加載時(shí)所產(chǎn)生的彈性變形已恢復(fù)，這時(shí)壓痕深度h3= h2 h1（見圖3c）作為測量的依據(jù)。如果直接以壓痕深度h來作計(jì)算硬度指標(biāo)，那么就會(huì)出現(xiàn)硬的金屬硬度值小，而軟的金屬硬度值反而大的現(xiàn)象，這不符合人們的習(xí)慣。因此用一常數(shù)k來減去所得的壓痕深度值作為洛氏硬度的指標(biāo)。即HR=k-h當(dāng)以鋼球?yàn)閴侯^時(shí)，k=0.26；以金剛石錐體為壓頭時(shí)，k=0.2，此外，在讀數(shù)上又規(guī)定以壓入深度0.002作為標(biāo)尺刻度的一格，這樣前者的0