維氏硬度和洛氏硬度試驗(yàn)原理分析

作者： 2014年11月24日 來(lái)源： 瀏覽量：
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一、維氏硬度 布氏硬度試驗(yàn)不適用于測(cè)定硬度較高的材料。 洛氏硬度試驗(yàn)雖然可用于測(cè)定較材料和硬材料，但其硬度值不能進(jìn)行比較。 維氏硬度試驗(yàn)可以測(cè)量從軟到硬的各種材料以及金屬零件的表面硬度，并有連續(xù)一致的硬
一、維氏硬度 
布氏硬度試驗(yàn)不適用于測(cè)定硬度較高的材料。 
洛氏硬度試驗(yàn)雖然可用于測(cè)定較材料和硬材料，但其硬度值不能進(jìn)行比較。 
維氏硬度試驗(yàn)可以測(cè)量從軟到硬的各種材料以及金屬零件的表面硬度，并有連續(xù)一致的硬度標(biāo)尺。  
     1、試驗(yàn)原理 
       維 氏硬度試驗(yàn)原理與布氏硬度相似，也是根據(jù)壓痕單位表面積上的試驗(yàn)力大小來(lái)計(jì)算硬度值。區(qū)別在于壓頭采用錐面夾角為136°的金剛石正四棱錐體，將其以選定 的試驗(yàn)力壓入試樣表面，按規(guī)定保持一定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度，如書上Ｐ９圖1－5所示。維氏硬度值用四棱錐壓痕單位面積上所承受的平均 壓力表示，符號(hào)ＨＶ。  
      
     式中　Ｆ－作用在壓頭上的試驗(yàn)力（Ｎ）,d－壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度的平均值（㎜）,ＨＶ值的單位為Ｎ /㎜ 2 ，但習(xí)慣上只寫出硬度值而不標(biāo)出單位。  
     2、常用試驗(yàn)力及其適用范圍  
     維 氏硬度試驗(yàn)所用試驗(yàn)力視其試件大小、薄厚及其它條件，可在49.03－980.7Ｎ的范圍內(nèi)選擇試驗(yàn)力。常用的試驗(yàn)胃有49.03、98.07、 196.1、294.2、490.3、980.7Ｎ。ＨＶ符號(hào)前面的數(shù)字為硬度值，后面依次用相應(yīng)數(shù)字注明試驗(yàn)力和試驗(yàn)力保持時(shí)間（10－15s不標(biāo) 注）。如６４０／ＨＶ３０／２０,表示30kgf （294.2N） 試驗(yàn)力，保持時(shí)間為20s測(cè)得維氏硬度值為640。 
     維氏硬度法適用范圍寬，尤其適用于測(cè)定金屬鍍層、薄片金屬及化學(xué)熱處理后的表面硬度，其結(jié)果精確可靠。當(dāng)試驗(yàn)力小于0.2 kgf　（1.961Ｎ）時(shí)，可用于測(cè)量金相組織中不同相的硬度。  
3、試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn) 
     優(yōu)點(diǎn)：①與布氏、洛氏硬度試驗(yàn)比較，維氏硬度試驗(yàn)不存在試驗(yàn)力與壓頭直徑有一定比例關(guān)系的約束；           ②不存在壓頭變形問(wèn)題； ③壓痕輪廓清晰，采用對(duì)角線長(zhǎng)度計(jì)量，精確可靠，硬度值誤差較小。 
     缺點(diǎn)：其硬度值需要先測(cè)量對(duì)角線長(zhǎng)度，然后經(jīng)計(jì)算或查表確定，故效率不如洛氏硬度試驗(yàn)高。
二、洛氏硬度  
    1、試驗(yàn)原理  
     洛氏硬度是以頂角為120°的金剛石圓錐體或直徑為Φ1.588㎜的淬火鋼球作壓頭，以規(guī)定的試驗(yàn)力使其壓入試樣表面。試驗(yàn)時(shí)，先加初試驗(yàn)力，然后加主試驗(yàn)力。壓入試樣表面之后卸除主試驗(yàn)力，在保留初試驗(yàn)力的情況下，根據(jù)試樣表面壓痕深度，確定被測(cè)金屬材料的洛氏硬度值。 
            
     如 圖所示，0－0為金剛石壓頭還沒(méi)有和試樣接觸的位置。1－1是在初試驗(yàn)力作用下壓頭所處的位置，壓入深度為h1，目的是為了消除由于試樣表面不光潔對(duì)試驗(yàn) 結(jié)果的精確性造成的不良影響。圖中2－2在總試驗(yàn)力（初試力＋主試驗(yàn)力）作用下壓頭所處位置，壓入深度為h2。3－3是卸除主試驗(yàn)力后壓頭所處的位置，由 于金屬?gòu)椥宰冃蔚玫交謴?fù)，此時(shí)壓頭實(shí)際壓入深度為h3。故由于主試驗(yàn)力所引起的塑性變形而使壓頭壓入深度為h＝h3－h(huán)1。洛氏硬度值由h的大小確定，壓 入深度h越大，硬度越低；反之，則硬度越高。一般說(shuō)來(lái)，按照人們習(xí)慣上的概念，數(shù)值越大，硬度越高。因此采用一個(gè)常數(shù)c減去h來(lái)表示硬度的高低。并用每 0.002㎜的壓痕深度為一個(gè)硬度單位。由此獲得的硬度值稱為洛氏硬度值，用符號(hào)ＨＲ表示。  
           
     式中，c為常數(shù)（對(duì)于 HRC、HRA，c取0.2；對(duì)于HRB，c取0.26）。由此獲得的洛氏硬度值ＨＲ為一無(wú)名數(shù)，試驗(yàn)時(shí)一般由試驗(yàn)機(jī)指示器上直接讀出。 
      2、常用洛氏硬度標(biāo)尺及適用范圍  

     上 述洛氏硬度的三種標(biāo)尺中，以ＨＲＣ應(yīng)用最多，一般經(jīng)淬火處理的鋼或工具都采用ＨＲＣ測(cè)量。在中等硬度情況下，洛氏硬度ＨＲＣ與布氏硬度ＨＢＳ之間關(guān)系約為 1：10，如40ＨＲＣ　相當(dāng)于400ＨＢＳ　。如50ＨＲＣ，表示用ＨＲＣ標(biāo)尺測(cè)定的洛氏硬度值為50。硬度值應(yīng)在有效測(cè)量范圍內(nèi)（ＨＲＣ為 20－70）為有效。 
     3、試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn) 
     優(yōu)點(diǎn)：①操作簡(jiǎn)單迅速，效率高，直接從指示器上可讀出硬度值； 
           ②壓痕小，故可直接測(cè)量成品或較薄工件的硬度； 
           ③對(duì)于ＨＲＡ和ＨＲＣ采用金剛石壓頭，可測(cè)量高硬度薄層和深層的材料。 
     缺點(diǎn)：由于壓痕小，測(cè)得的數(shù)值不夠準(zhǔn)確，通常要在試樣不同部位測(cè)定四次以上，取其平均。
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