怎么检测材料的硬度?
时间:2022-01-14 15:44:02   阅读

硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是材料的重要性能指标之一。


那么,一般都有哪些硬度测试项目呢?

(1)洛氏硬度(HR)

是以压痕塑性变形深度来确定硬度值指标。以0.002毫米作为一个硬度单位。当HB>450或者试样过小时,不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同,分三种不同的标度来表示:

HRA:是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。

HRB:是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球,求得的硬度,用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。

HRC:是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。


洛氏硬度试验条件

洛氏硬度标尺

压头类型

初始试验力(N)

主试验力F1(N)

总试验力F(N)

洛氏硬度范围

HRA

金钢石圆锥

98.07

490.03

588.4

20~88HRA

HRB

1.5875钢球

98.07

882.6

980.7

20~100HRB

HRC

金钢石圆锥

98.07

1373

1471

20~70HRC


(2)布氏硬度(HB)

布氏硬度(HB)一般用于材料较软的时候,如有色金属、热处理之前或退火后的钢铁。洛氏硬度(HRC)一般用于硬度较高的材料,如热处理后的硬度等等。

布氏硬度(HB)是以一定大小的试验载荷,将一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压入被测金属表面,保持规定时间,然后卸荷,测量被测表面压痕直径。布氏硬度值是载荷除以压痕球形表面积所得的商。一般为:以一定的载荷将一定大小的淬硬钢球压入材料表面,保持一段时间,去载后,负荷与其压痕面积之比值,即为布氏硬度值(HB),单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。测试载荷与测试钢球的直径需根据材料的实际性能再确定。


(3)维氏硬度(HV)

维氏硬度试验方法是英国史密斯(R.L.Smith)和塞德兰德(C.E.Sandland)于1925年提出的。英国的维克斯—阿姆斯特朗(Vickers-Armstrong)公司试制了第一台以此方法进行试验的硬度计。和布氏、洛氏硬度试验相比,维氏硬度试验测量范围较宽,从较软材料到超硬材料,几乎涵盖各种材料。

维氏硬度的测定原理基本上和布氏硬度相同,也是根据压痕单位面积上的载荷来计算硬度值。所不同的是维氏硬度试验的压头是金刚石的正四棱锥体。试验时,在一定载荷的作用下,试样表面上压出一个四方锥形的压痕,测量压痕对角线长度,借以计算压痕的表面积,载荷除以表面积的数值就是试样的硬度值,用符号HV表示。


(4)努氏硬度(HK)

将顶部两相对面具有规定角度的菱形棱椎体金刚石压头用试验力压入试样表面,经规定保持时间后卸除试验力,测量试样表面痕长对角线的长度。

努氏硬度是作为绝对数值而测得的硬度,主要在加工方面使用该数值。一般来说,金刚石的努氏硬度为7000~8000千克/平方毫米。


硬度检测种类

类型
用途
HRA用于量测热处理硬质钢材、氮化物、渗碳冶炼物、轴承钢、工具钢及其它软硬材质的硬度测试
HK用于量测较软材质的钢及非铁材料之硬度
HRC用于量测热处理钢材、氮化物、渗碳冶炼物、轴承钢、工具钢等
HRB用于量测较软材质的钢及非铁材料之硬度
HR30T用于量测较软材质的钢及非铁材料之硬度
HB5用于量测铝、软质铝合金、铸铁、铜、黄铜等
HB30用于热处理钢、退火深冷处理钢材、冲拉材料钢、深冲钢带料等
HV适用于量测各类材料
R用于热处理钢、退火深冷处理钢材、冲拉材料钢、深冲钢带料等
HR15N用于量测热处理硬质钢材、氮化物、渗碳冶炼物、轴承钢、工具钢等


(5)里氏硬度(HL)

里氏硬度是以HL表示,里氏硬度测试技术是由瑞士狄尔马,里伯博士发明的,它是用一定质量的装有碳化钨球头的冲击体,在一定力的作用下冲击试件表面,然后反弹。由于材料硬度不同,撞击后的反弹速度也不同。在冲击装置上安装有永磁材料,当冲击体上下运动时,其外围线圈便感应出与速度成正比的电磁信号,再通过电子线路转换成里氏硬度值。

便携式里氏硬度计用里氏(HL)测量后可以转化为:布氏(HB)、洛氏(HRC)、维氏(HV)、肖氏(HS)硬度。或用里氏原理直接用布氏(HB)、洛氏(HRC)、维氏(HV)、里氏(HL)、肖氏(HS)测量硬度值。

里氏硬度度有D、DC、D+15、C、G、E、DL七种:

类型外形尺寸重量用途
Df20×70mm75g通用型,用于大部分硬度测量
DCf20×86mm50g冲击装置很短,主要用于非常局促的地方,例如孔或圆筒内
D+15f20×162mm80g头部细小,用于沟槽或凹入的表面硬度测量
Cf20×141mm75g冲击能量最小,用于测小轻、薄部件及表面硬化层
Gf30×254mm250g冲击能量大,对测量表面要求低。用于大、厚重及表面较粗糙的锻铸件
Ef20×162mm80g压头为人造金刚石,用于硬度极高材料的测定
DLf20×202mm80g头部更加细小,用于狭窄沟槽及齿轮面硬度的测定


(6)肖氏硬度( HS)

简称HS。表示材料硬度的一种标准。由英国人肖尔(Albert F.Shore)首先提出。

应用弹性回跳法将撞销从一定高度落到所试材料的表面上而发生回跳。撞销是一只具有尖端的小锥,尖端上常镶有金刚钻。测试数值为1000x撞销返回速度/撞销初始速度(即为碰撞前后的速度比乘以1000)


(7)巴氏硬度(HBa)

巴柯尔(Barcol)硬度(简称巴氏硬度),最早由美国 Barber-Colman公司提出,是近代国际上广泛采用的一种硬度门类,一定形状的硬钢压针,在标准弹簧试验力作用下,压入试样表面,用压针的压入深度确定材料硬度,定义每压入0.0076mm为一个巴氏硬度单位。巴氏硬度单位表示为HBa。


(8)韦氏硬度(HW)

一定形状的硬钢压针,在标准弹簧试验力作用下压入试样表面,用压针的压入深度确定材料硬度,定义0.01mm的压入深度为一个韦氏硬度单位。韦氏硬度单位表示为HW。


(9)邵氏硬度(SHORE)

便携式(橡胶/塑料制品)硬度测试。邵氏硬度是用具有一定形状的钢制压针,在试验力作用下垂直压入试样表面。当压足表面与试样表面完全贴合时。压针尖端面相对压足平面有一定的伸出长度(即压针扎进被测物的深度),以该长度值的大小来表示邵氏硬度的大小。压针与线性测量设备相连,测量的压痕深度值随之通过机械或电子系统转换为邵氏硬度值。压痕越深,材料越软。

邵氏硬度 :具有一定形状的钢针,在试验力作用下垂直压入试样表面,当压足表面与试样表面完全贴合时,压针尖端面相对压足平面有一定的伸出长度L,以L值的大小来表示邵氏硬度的大小,L值越大,表示邵氏硬度越低,反之越高。

计算公式为: HA=100- L/0.025 ;HD=100- L/0.025;HC=100- L/0.025  

1)HSA常用于检测软质塑料橡胶

2)HSD常用于检测硬质塑料橡胶

 3)HSC常用于检测泡沫和海绵等软性材料。 

HSA 测量值大于90的时候应该转为HSD进行检测, HSD 测量值小于20的时候应该转为HSA进行检测。


(10)IRHD(国际橡胶硬度)

根据球压头压入被测材料的深度,来测量弹性材料或橡胶抵抗压头压入的性能。在1、2.5或5mm球压头上施加一个初始接触力,将压入深度设置为零。然后增加力值到指定的总负荷,这时测量材料压入的深度值。IRHD值与压头压入的深度有关系。该测量方法通常被应用于测试较小的部件和O型环。


(11)铅笔硬度

用于测量塑件或铁件烤漆表面的铅笔硬度,测量塑件表面的铅笔硬度,测量薄膜表面的铅笔硬度。


(12)莫氏硬度(HM)

是表示矿物硬度的一种标准。1812年由德国矿物学家腓特烈·摩斯(Frederich Mohs)首先提出。是在矿物学或宝石学中使用的标准。

用测得的划痕的深度分十级来表示硬度(刻划法):

滑石1(硬度最小),石膏2,方解石3,萤石4,磷灰石5,正长石6,石英7,黄玉8,刚玉9,金刚石10。


莫氏硬度值并非绝对硬度值,而是按硬度的顺序表示的值。

莫氏硬度值硬度代表物莫氏硬度值硬度代表物
1滑石、石墨6正长石、丹泉石(坦桑石)、纯钛
1.5皮肤,天然砒霜6~7牙齿(齿冠外层)
2石膏6~6.5软玉-新疆和田玉
2~3冰块6.5黄铁矿
2.5指甲、琥珀、象牙6.5~7硬玉-缅甸翡翠或翠玉
2.5~3黄金、银、铝7石英、紫水晶
3方解石、铜、珍珠7.5电气石、锆石
3.5贝壳7~8石榴子石
4萤石8黄玉
4~4.5铂金8.5金绿柱石
4~59刚玉、铬、钨钢
5
磷灰石9.25莫桑宝石
5.5不锈钢10钻石


常见金属莫氏硬度排行表

名称
莫氏硬度名称
莫氏硬度名称
莫氏硬度
0.636
1.546
1.546
1.754.56
24.756.5
2.556.5
2.557
2.55.57.5
2.55.58.5
2.75
5.5