关于金属各种硬度及其相互转化.docx

1、关于金属各种硬度及其相互转化一、硬度換算公式: 1.肖氏硬度(HS)=勃式硬度(BHN)/10+12 2.肖式硬度(HS)=洛式硬度(HRC)+15 3.勃式硬度(BHN)= 洛克式硬度(HV) 4.洛式硬度(HRC)= 勃式硬度(BHN)/10-3 二、硬度測定範圍: HS100 HB500 HRC70 HV450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、的钢球，在一定载荷下压入被测材料外表，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

2、材料(如硬质合金等)。 HRB：是采用100kg载荷和直径淬硬的钢球，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)。 3 维氏硬度(HV) 以120kg以内的载荷和顶角为136的金刚石方形锥压入器压入材料外表，用材料压痕凹坑的外表积除以载荷值，即为维氏硬度HV值(kgf/mm2)。HK=139.54P/L2。式中：HK努普硬度，Mpa；P荷重，kg；L凹坑对角线长度，mm。我国和欧洲各国采用维氏硬度，美国那么采用努普硬度。兆帕MPa是显微硬度的法定计量单位，而kg/mm2是以前常用的硬度计算单位。它

3、们之间的换算公式为金属材料抵抗硬的物体压陷外表的才能，称为硬度。根据试验方法和适用范围不同，硬度又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度、显微硬度和高温硬度等。对于管材一般常用的有布氏、洛氏、维氏硬度三种。 A、布氏硬度HB用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力F压入式样外表，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样外表的压痕直径L。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形外表积所得的商。以HBS钢球表示，单位为N/mm2(MPa)。其计算公式为：式中：F-压入金属试样外表的试验力，N； D-试验用钢球直径，mm； d-压痕平均直径，mm。测定布氏硬度较准确可靠，但一般HBS只适用于450N/

4、mm2MPa以下的金属材料，对于较硬的钢或较薄的板材不适用。在钢管标准中，布氏硬度用途最广，往往以压痕直径d来表示该材料的硬度，既直观，又方便。举例：120HBS10/1000130：表示用直径10mm钢球在1000Kgf试验力作用下，保持30s秒测得的布氏硬度值为120N/ mm2MPa。 B、洛氏硬度HK洛氏硬度试验同布氏硬度试验一样，都是压痕试验方法。不同的是，它是测量压痕的深度。即，在初邕试验力Fo及总试验力F的先后作用下，将压头金钢厂圆锥体或钢球压入试样外表，经规定保持时间后，卸除主试验力，用测量的剩余压痕深度增量e计算硬度值。其值是个无名数，以符号HR表示，所用标尺有A、B、C、D

5、、E、F、G、H、K等9个标尺。其中常用于钢材硬度试验的标尺一般为A、B、C，即HRA、HRB、HRC。硬度值用下式计算：当用A和C标尺试验时，HR=100-e 当用B标尺试验时，HR=130-e 式中e-剩余压痕深度增量，其什系以规定单位表示，即当压头轴向位移一个单位时，即相当于洛氏硬度变化一个数。e值愈大，金属的硬度愈低，反之那么硬度愈高。上述三个标尺适用范围如下： HRA金刚石圆锥压头20-88 HRC金刚石圆锥压头20-70 HRB直径钢球压头20-100 洛氏硬度试验是目前应用很广的方法，其中HRC在钢管标准中使用仅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可适用于测定由极软到极硬的金属材料，它弥补

6、了布氏法的不是，较布氏法简便，可直接从硬度机的表盘读出硬度值。但是，由于其压痕小，故硬度值不如布氏法准确。 C、维氏硬度HV维氏硬度试验也是一种压痕试验方法，是将一个相对面夹角为1360的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力F压入试验外表，经规定保持时间后卸除试验力，测量压痕两对角线长度。维氏硬度值是试验力除以压痕外表积所得之商，其计算公式为：式中：HV-维氏硬度符号，N/mm2(MPa)； F-试验力，N； d-压痕两对角线的算术平均值，mm。维氏硬度采用的试验力F为5、10、20、30、50、100Kgf(N)等六级，可测硬度值范围为51000HV。表示方法举例：640HV30/20表示用3

7、0Hgf试验力保持20S秒测定的维氏硬度值为640N/mm2(MPa)。维氏硬度法可用于测定很薄的金属材料和外表层硬度。它具有布氏、洛氏法的主要优点，而抑制了它们的根本缺点，但不如洛氏法简便。维氏法在钢管标准中很少用。 HB是用一定的力将一定直径、5、10的钢球压向被测材料的外表，然后测量被测材料外表钢球压痕的直径以判断材料的硬度。材料的原始状态和钢材的退火、正火或调质常用HB。 HR有A、B 、C3三种。A和C 用120度的金刚石正圆锥体作测头，B用直径的钢球作测头。测量方法都是先用一个预压力将测头压在被测材料的外表，再施以主压力，然后撤除主压力，测量压入深度判断材料的硬度。 HV是对HR的

8、一种改良。因120度的正圆锥体不符合金刚石的晶体构造，不易磨好，所以HV将测头改为棱圆椎体，顶端可以制作得非常精良。测量方法同HR。 HRA和HV用来测量材料经外表热处理，如氮化、渗碳以后的外表硬度，HRC常用于测量淬火后硬度。金属硬度试验方法介绍钢铁研究总院 张久龙前言这是一篇普及金属硬度试验的根底知识的文章在这篇文章中，虽然没有在技术方面进展详细地推理和解释，但是，对于硬度计的操作人员来说却是非常有益的。假设需要进展深化的讨论，请 联络我们。联络 ：题目索引序言1.洛氏原理 标准的洛氏硬度 外表洛氏硬度 各种洛氏标尺的应用 表3，洛氏硬度试验中，使用金刚石压头时，样品最小可测量的厚度 圆柱

9、面的解决方法 表4，采用洛氏金刚石压头，圆柱面硬度值的修正 洛氏原理的拓展 2.布氏原理 布氏硬度试验的定义 表5，布氏硬度试验和F/D2值的关系 各种布氏硬度试验 表6，布氏硬度试验，样品最小可测量的厚度 布氏原理的利与弊 按照洛氏加载原理，采用布氏压头进展布氏硬度试验 3.维氏原理 维氏硬度试验的应用领域 表7，维氏硬度试验，样品最小可测量的厚度 维氏原理的利与弊 4.肖氏金属及里氏原理 5.努氏原理 6.各种硬度值之间的比较 7.标准硬度块 序言不管什么类型的硬度计，只要它可以合格出厂，对于大多数仪器来说，都是没有必要疑心的。我们可以用几百克到3000kg(29430 N)的载荷进展硬度

10、测试。在实验室中，我们甚至可以采用1克的载荷来进展测试。所以，我们可以测量各种尺寸、各种外表硬化层深度及各种硬度的样品。目前通用的试验原理有5种，分别是布、洛、维、努氏及肖氏方法在国内，里氏硬度经常被采用，但是，由于其原理上的缺陷，影响因素较多，使得其在消费实际中的应用受到了很大的限制，见下面相关章节。同时也规定了一定数量的检测标尺。因此，不管任何一个检测人员，不管其在任何地方进展测试，都不会面临标准不统一的问题。电子技术的引入导致了硬度计性能的极大进步和改良。事实上，由于采用电子技术，使得硬度计的精度和可靠性都得到了进步。同时，使得硬度计在数据的存储、统计分析、图形显示和资料的提供等方面成为

11、了可能。在遵照以往的硬度测试原理的同时，电子技术被成功地运用在测试数据的读取和仪器功能的控制等方面。在这篇文章中，我们将详细地进展讨论关于洛氏、布氏和维氏硬度测试原理的各自的优势和局限性。在讨论硬度测试原理和硬度计之前，我们需要明确在硬度测试中，以下的特征内容是非常重要的：1载荷，2压头，3保压时间，这就是贯穿硬度测试中的关键因素，我们通常将其称为“硬度测试三要素。当然，对于硬度计而言，精度、重复性、对应用领域及样品的要求等也是非常重要的，这些指标直接表达硬度计的优劣。1) 试验载荷：一般来说，为了获得更高的精度，应该取更高的试验载荷来进展硬度测试，这是因为样品的外表通常在进展处理的时候，容易

12、产生脱碳的现象，导致硬度的变化，而心部的变化较小。另外，使用较大的载荷，其测试结果受样品外表光洁程度的影响就要小。然而，为了防止得到错误的结果，加载的载荷也不允许大到使得压头压入的深度大于被测样品厚度或硬化层深度的非常之一。载荷的选择一般是按照材料的类型来分的。一个典型的例子：铸铁应采用大载荷。2) 压头：硬度计压头的材质一般为金刚石或硬质合金压头，当然，对于某些HR标尺，也采用钢球压头。对于布、洛、维氏及努氏压头，它们都有自己的形状和尺寸。通常，压头的应用应同试验载荷相配合详细见下面的章节。3) 保压时间：作为静载荷的硬度测试方法，载荷的加载速度和保压时间都有一个明确的要求。之所以对保压时间

13、做出明确的规定，主要同金属材料的屈服过程有关。保压的时间越长，压痕的变形越彻底，测试的结果才可以稳定。关于硬度计的优劣，一般说来有以下几个方面的因素：1) 精度：精度同是否选择了适宜的试验方法、样品的外表状况、载荷保压时间的稳定性、仪器是否采用精度很好的标准块进展准确的校准、测试的数据是否足够多等有关。通常，采用静载荷的仪器要比采用动载荷的精度要高。事实上，后者的精度要受样品的质量和硬度的影响。当采用非常低的载荷时，仪器的精度将非常难于保证。2) 重复性：硬度计的整体工作的稳定性直接的反响就是其重复性的好坏。当然，硬度测试方法也影响到其测试结果的重复性。影响硬度结果的因素越多，重复性越差。3)

14、 各标尺的应用领域：超过硬度50HRC相当于485HB30的材料一般用金刚石压头代替钢球或硬质合金球头钢球用于较软的材料布氏硬度没有采用极硬的金刚石压头，所以不能用来检测经过调质热处理后的钢件。而对于洛氏硬度，由于它即采用锥型金刚石压头也采用钢球压头，所以的应用范围就要广的多。维氏硬度试验，采用凌锥型的金刚石压头，所以，它的应用领域更广。但是，一般来说，在实验室中进展维氏硬度试验多于在消费车间现场。4)对样品的要求：样品可以被放到硬度计下面，也可以把硬度计放到样品的上面进展试验。第一种是指台式硬度计，在试验中，它可以托举起甚至夹住样品，这种硬度计适宜于体积较小的试样。第二种仪器是指便携式硬度计

15、，这些仪器可以将试样锁紧，或者用在大的和复杂的样品上。还有一些其它类型的测量样品外表硬度的方法，我们将逐步进展介绍。1.洛氏硬度HR原理下面我们要谈洛氏原理。为了使说明更直观，我们采用了图一的几幅图片，用千分表来显示压头压入的数值。图1 洛氏原理图1) 在初载荷Fo的作用下，压头压入试验外表。这时，在样品外表，产生了一个微小的压痕。将千分表重新归零。2)将载荷F1缓慢平稳地加载到原先的载荷Fo上，这个时候的总载荷为工作载荷。相对应样品的硬度，压头将压入了一个深度。这时，我们必须等待一段时间来保证压头完全压人硬的金属需要的时间短，而软的金属须停留的几秒钟，这个过程就叫：保压。千分表的指针显示压头

16、压入的过程。3)在将载荷F1去除后，只剩下预载荷。这时，去除由于压头在载荷下本身引起的弹性变形，压头处于另一个压人深度。这个千分表将显示出工作载荷和预载荷下压头压人深度的变化。对于洛氏原理，不管是常规洛氏或者是外表洛氏方法，其压头、预载荷和度量单位都是标准的。1.常规洛氏硬度通用的洛氏硬度压头是一个120圆锥型金刚石，压头顶点的圆弧半径为0,2 mm见图2 ，另外还有几种硬质合金及钢压头，半径分别是1/161/81/41/2.英寸FIG. 2 圆锥型金刚石压头剖面图 预载荷为10kg(98,1 N). 试验载荷预载荷+附加载荷为60 100 150 kg (588,4 980,7 1471 N

17、).按照DIN标准的规定，对于洛氏、布氏及维氏硬度试验，所有的载荷应该都用N牛顿来表示，但实际上，我们通常采用kg来表示。标准的洛氏硬度的度量单位是0,002 mm。每增加或者减少0,002 mm，硬度值才有了个硬度单位的变化。因此，由于材料硬度值的进步，使得载荷和预载荷之间的压痕深度的差值减小。洛氏硬度是从100金刚石压头或者130球压头按照每增加0,002 mm就减少1硬度单位来计量的。例如：用金刚石压头得到的压痕差值深度为0,082 mm，我们就知道样品的洛氏硬度是：100 (82 : 2) = 59 Rockwell在用指针来指示硬度的仪器中，表盘一周刻度为0,2 mm，被划分为100

18、格。表盘中有2个刻度：一个是黑色的，它是用来表示采用金刚石压头的标尺；一个是红色的，用来表示球压头的标尺。设置0点时，都必须按照黑色的数值来确定0是黑色130是红色。当使用数显的洛氏硬度计时，较先进的数显硬度计不用进展点设置，其结果将在试验完毕后全部显示在显示器上。使用不同的压头和载荷，可以得到一系列的硬度标尺，每一个的条件，如下所示：表1 - 标准洛氏标尺载荷 洛氏标尺kg 150 C G K P V100 D B E M S60 A F H L R压头 金刚石 ball 1 / 16钢球1 / 16 ball 1 /8 ball 1/4 ball 1/2数值 黑 红例如：使用一个金刚石压头

19、，采用150kg载荷，我们就把它定义为HRC。H表示普通硬度测试，R表示洛氏原理，C指C标尺。硬度值标注在第一个字母之前。如：60 HRC1.2 外表洛氏硬度外表洛氏硬度测试也是采用同标准洛氏试验一样的圆锥型金刚石压头，然而，尽管压头的形状完全一样，但是，由于外表洛氏采用的载荷很小，因此，一个很小的误差将影响试验的结果。所以，压头的角度精度和尖端圆弧半径都要准确得多。 预载荷为3 kg(29,43 N);， 工作载荷预载荷加附加载荷为15 30 45 kg. (147,1 294,2 441,3 N).外表洛氏硬度的度量单位是0,001 mm。相对于标准洛氏硬度原理，无论是金刚石压头或是球形压

20、头，外表洛氏硬度的零校准也是将硬度值划分为100度， 事实上表盘给出了的是一个连续的读数。表盘的一圈为0,1 mm，被划分为100个格。例如：不管用的是什么压头，压痕深度差为0,082 mm，这时，外表洛氏硬度值就为：100 82 = 18 Superficial Rockwell。外表洛氏硬度标尺包括不同的压头和载荷，用表格表示各数字和其它信息如下： 表2-外表洛氏标尺载荷 外表洛氏标尺kg 45 45 N 45 T 45 W 45 X 45 Y30 30 N 30 T 30 W 30 X 30 Y15 15 N 15 T 15 W 15 X 15 Y压头 diamond ball 1/16

21、 ball 1/8 ball 1/4 ball 1/21.3 不同的洛氏标尺的应用领域就像我们知道的那样，总体上讲，选择洛氏硬度标尺还是外表洛氏硬度标尺，主要看材料的硬度和厚度，以及样品的硬化层厚度如：外表处理的渗氮等材料的软硬程度决定对压头的选择，圆锥型金刚石压头或者球压头。圆锥型金刚石压头通常用于调质钢和硬金属，一般不推荐用于强度低于785 N/mm2的金属。球压头常被用在软的材料上，软材料要求用大的直径的压头和低载荷。例如：使用HRB标尺(1/16球压头 100 kg 载荷)就不适宜应用在符合HRL标尺1/4球压头 - 60 kg载荷的软金属上。事实上，大的球压头，只用在如塑料之类的软材

22、料上。采用洛氏原理，可以在恒定载荷下，测试塑料的硬度。当试验样品太薄或者硬化层很浅，那么，压痕所影响的其周围的区域就非常大。假设这种变形到达了样品变形的极限，那么，测试的结果将是错误的。因此，样品的厚度决定了载荷的选择，载荷必须保证其所引起的变形小于样品的最小厚度，对于每一种硬度试验，都存在最小可测量厚度。许多情况下最小测量厚度取决于原料的种类和热处理状态。一般来说，对于金刚石压头，最小可测量厚度至少要到达压痕深度的10倍参照表.3。而对于球形压头，最小可测量厚度至少要到达压痕深度的15倍。同样对于硬化层如焊接等，事实上，通常用HRA标尺圆锥形压头,载荷60kg来满足焊接层的厚度的要求。表3-

23、 金刚石压头洛氏硬度试验最小可测量厚度F HRCkg 20 30 40 50 60 701.4 洛氏硬度最常用的标尺 HRC (圆锥金刚石压头 载荷150 kg)这是最常用的洛氏标尺，经常用来检测中等硬度的或者高硬度的以及较厚的硬化层的硬度。然而，这也会引起一些误解，如：在材料很薄而无法承受150kg载荷的时候，我们假设还用HRC，那么是错误的。这时，另外一些洛氏标尺就必须被采用。它们和HRC之间是可以换算的，我们在下面可以看见它们之间的换算关系表。但是，换算的关系我们一般不建议采用，除非进展大量的比对试验，才能保证这种换算要尽可能的准确。 HRA圆锥金刚石压头，60kg载荷这个标尺通常是被用

24、来测量焊接体和硬金属片的硬度。由于碳化物高的硬度，容易引起金刚石破裂，所以，一般不用大的载荷。 HRB硬质合金球压头1/16，100kg载荷在欧洲，一般用在黄铜铜和青铜合金等金属上，在美国，用在强度低于686 N/mm2的铁合金上。1.5 外表洛氏硬度或不常用的洛氏硬度标尺标尺HRN15N HR 30N HR 45N (金刚石压头)是用来检测薄的外表硬化层；标尺HR 15T HR 30T HR 45T (1/16球压头)是用来检测薄板。洛氏硬度计都可以直接进展布氏硬度读数，见相关章节1.6 圆柱外表硬度值的修正大家都知道，测量圆柱外表的硬度同测量平板的不一样。直径较大的这种差异不太明显，但是，

25、对于小直径的样品，我们就必须用一个修正值来把仪器所得的结果进展修正，见表4表4 采用金刚石压头测量圆柱外表时，硬度的修正应该加上仪器的读数圆柱的直径mm3 6 10 12 15 20 2580 0.5 0.5 0.5 0 0 070 1.0 1.0 0.5 0.5 0.5 09 0 0.5 0.5 0 0 0 0 080 1.0 0.5 0.5 0.5 0 0 01.7 洛氏硬度标尺的优势和缺乏优势：洛氏硬度原理是非常受欢迎的，同时也是唯一一个允许进展直接读数而不像布氏和维氏那样用显微镜进展读数的标尺。因此，就可以使得仪器的自动化程度都得到进步，也就使得测试速度得到了进步。因为这种仪器在试验时

26、不受人的技能的影响，所以，洛氏硬度计是非常普及。每种硬度试验都要求将测试面进展打磨，但是，相比较而言，洛氏试验对外表的要求最小。缺乏：这种仪器一个最大的缺点是它的载荷在150 kg和15 kg之间，相差十倍。而在车间和铸造车间里除了实验室，硬度试验的载荷经常要求从3000 kg. to 1 kg.。举例来说，洛氏标尺适宜于铸铁和钢板的硬度测试。但是，对于0,15 mm以下的薄板，它就不适用了。为了抑制这些局限性，洛氏硬度计所采用的载荷和初载荷被人为地增加了许多低的档。当然，对于低载荷的洛氏标尺，目前还没有一个明确的标准。对于一些重要的材料，如一些新钢种，尽管有很多标尺可以使用，不见得非得采用洛

27、氏硬度。比方说对于一些硬度较低的样品，尽管布氏的方法比较费事，但我们一般建议采用布氏硬度标尺。当然，假设采用洛氏硬度的深度测试原理，同时采用布氏载荷和压头，那么我们可以将布氏硬度变得非常有效和实用见相关标题。1.8 洛氏原理中的影响因素传统的洛氏硬度计有一个不利的缺点，那就是因为它的精度是受它的压头与样品及下面的支撑的严密地接触状况的影响通常称支撑为砧板。当去掉附加载荷后回到预载荷状态时，这时的弹性变形已经消除见洛氏原理，剩下的变形只有千分表记录的压痕了。这样的情况只有在样品同支撑之间完美地结合时才会实现，也就是说样品不允许有任何弹性变形。假设，在样品反面有一些油或油脂等，那么，样品将在载荷的

28、作用下发生一个微小的变形，也就是增加了压入的深度，于是就减小了硬度值。完全理想的试验条件是不可能存在的，因此，在热处理车间或工厂，这是一个明显的缺憾。为了抑制这个问题，目前先进的洛氏硬度计见产品说明如图3，在压头装置上有个支撑台压在试样外表。因此，任何砧板、加载丝杠、机架或样品的挪动都不会影响试验结果。这样的装置对布氏和维氏硬度试验都是有利的。图3把样品放置在压头(a)下面，要求样品的面积超出压头保护套(b)的尺寸。1) 压头(a)和保护套(b)同时下压到达试验外表时，压头退回，保持预载荷的压力。这时零校准自动完成。2) 施加工作载荷3) 移出工作载荷，压头的位置变化从(a)到(b).只要样品具有固定的屈服强度，那么(a) 和 (b)之间的间隔 就是恒定的，防止了原始洛氏原理带来的误差。这个原理也可以用在外表洛氏原理中。在这类仪器中，还有一个装置，这个装置没有同压头保护套连在一起，而是安装在机架上，这个装置叫夹持套。在许多场合，它是用来使得试样夹紧，减免了对一些不对称工件所需要的支撑。当然，假设不需要的话，它可以很容易地撤除。在便携式硬度计上，这个装置叫支撑套，它是可更