硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。硬度可以表達固體材料力學(xué)性能, 是與強度相關(guān)的力學(xué)性能之一. 是衡量金屬材料性能的重要指標(biāo)之一。通常,材料越硬,其耐磨性越好,比如齒輪等機械零部件會要求有一定的硬度,以保證足夠的耐磨性和使用壽命。按測試方法的不同,硬度分為三種類型。
①劃痕硬度。主要用于比較不同礦物的軟硬程度,方法是選一根一端硬一端軟的棒,將被測材料沿棒劃過,根據(jù)出現(xiàn)劃痕的位置確定被測材料的軟硬。定性地說,硬物體劃出的劃痕長,軟物體劃出的劃痕短。
②壓入硬度。主要用于金屬材料,方法是用一定的載荷將規(guī)定的壓頭壓入被測材料,以材料表面局部塑性變形的大小比較被測材料的軟硬。由于壓頭、載荷以及載荷持續(xù)時間的不同. 壓入硬度有多種, 主要是布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、顯微維氏和努
③回跳硬度。主要用于金屬材料,方法是使一特制的小錘從一定高度自由下落沖擊被測材料的試樣,并以試樣在沖擊過程中儲存(繼而釋放)應(yīng)變能的多少(通過小錘的回跳高度測定)確定材料的硬度。
在測量金屬硬度時,常用的壓入硬度方式有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。
(1)洛氏硬度計
1914年,由美國的H.M.Rockwell S.P.Rockwell共同設(shè)計了第一臺洛氏硬度計. 洛氏硬度試驗是一種壓痕硬度試驗, 試驗快速.
用錐頂角為120°的金剛石壓頭或球壓頭,在先后施加的初始試驗力和總試驗力的作用下壓入試樣表面. 在總試驗力作用下保持規(guī)定時間后, 卸除主試驗力,保留初試驗力,測量其壓痕深度差表示洛
洛氏硬度試驗操作簡便、迅速、壓痕小, 用于測定鋼鐵、有色金屬、硬質(zhì)合金等的硬度。
(2)布氏硬度計
布氏硬度是在1900年由瑞典工程師提出. 由于在試樣表面上壓出的壓痕較大,尤其使用于測量組織不均勻好晶粒粗大的材料. 布氏硬度值與抗拉輕度之間存在一定的換算關(guān)系.
用直徑D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球作壓頭,以相應(yīng)的試驗力F壓入試件表面,經(jīng)規(guī)定的保持時間后,卸除試驗力,得到一直徑為d的壓痕。用試驗力除以壓痕表面積,所得值即為布氏硬度值。用HBS或HBW表示。
2003年以后,我國已經(jīng)等效采用國際標(biāo)準(zhǔn),取消了鋼球壓頭,全部采用硬質(zhì)合金球頭。因此HBS停止使用,全部用HBW表示布氏硬度符號。很多時候布氏硬度僅用HB表示,指的就是HBW。不過在文獻論文中HBS仍時有所見。
布氏硬度測量法適用于鑄鐵、非鐵合金、各種退火及調(diào)質(zhì)的鋼材,不宜測定太硬、太小、太薄和表面不允許有較大壓痕的試樣或工件。
(3)維氏硬度計
維氏硬度試驗方法是英國史密斯(R.L.Smith)和塞德蘭德(C.E.Sandland)于1925年提出。英國的維克斯阿姆斯特朗(Vickers-Armstrong)公司首先制造.
維氏硬度測量原理與布氏硬度相似。采用相對面夾角為136°金剛石正四棱錐壓頭,試驗時,在一定載荷的作用下,試樣表面上壓出一個四方錐形的壓痕,測量壓痕對角線長度,借以計算壓痕的表面積,載荷除以表面積的數(shù)值就是試樣的硬度值,用符號HV表示。
維氏硬度測量范圍大,壓痕小,一般用來測量較薄的黑色金屬、有色金屬、硬質(zhì)合金,陶瓷,以及滲碳、滲氮等表面硬化層。
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