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洛氏硬度和維氏硬度試驗原理分析

一、洛氏硬度  
    1、試驗原理  
     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,以規定的試驗力使其壓入試樣表面。試驗時,先加初試驗力,然後加主試驗力。壓入試樣表面之後卸除主試驗力,在保留初試驗力的情況下,根據試樣表面壓痕深度,确定被測金屬材料的洛氏硬度值。 
            
     如圖所示,0-0為金剛石壓頭還沒有和試樣接觸的位置。1-1是在初試驗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試驗結果的精确性造成的不良影響。圖中2-2在總試驗力(初試力+主試驗力)作用下壓頭所處位置,壓入深度為h2。3-3是卸除主試驗力後壓頭所處的位置,由于金屬彈性變形得到恢複,此時壓頭實際壓入深度為h3。故由于主試驗力所引起的塑性變形而使壓頭壓入深度為h=h3-h1。洛氏硬度值由h的大小确定,壓入深度h越大,硬度越低;反之,則硬度越高。一般說來,按照人們習慣上的概念,數值越大,硬度越高。因此采用一個常數c減去h來表示硬度的高低。并用每0.002㎜的壓痕深度為一個硬度單位。由此獲得的硬度值稱為洛氏硬度值,用符号HR表示。  
           
     式中,c為常數(對于 HRC、HRA,c取0.2;對于HRB,c取0.26)。由此獲得的洛氏硬度值HR為一無名數,試驗時一般由試驗機指示器上直接讀出。 
      2、常用洛氏硬度标尺及适用範圍  

     上述洛氏硬度的三種标尺中,以HRC應用最多,一般經淬火處理的鋼或工具都采用HRC測量。在中等硬度情況下,洛氏硬度HRC與布氏硬度HBS之間關系約為1:10,如40HRC 相當于400HBS 。如50HRC,表示用HRC标尺測定的洛氏硬度值為50。硬度值應在有效測量範圍内(HRC為20-70)為有效。 
     3、試驗優缺點 
     優點:①操作簡單迅速,效率高,直接從指示器上可讀出硬度值; 
           ②壓痕小,故可直接測量成品或較薄工件的硬度; 
           ③對于HRA和HRC采用金剛石壓頭,可測量高硬度薄層和深層的材料。 
     缺點:由于壓痕小,測得的數值不夠準确,通常要在試樣不同部位測定四次以上,取其平均值為該材料的硬度值。 
二、維氏硬度 
布氏硬度試驗不适用于測定硬度較高的材料。 
洛氏硬度試驗雖然可用于測定較材料和硬材料,但其硬度值不能進行比較。 
維氏硬度試驗可以測量從軟到硬的各種材料以及金屬零件的表面硬度,并有連續一緻的硬度标尺。  
     1、試驗原理 
       維氏硬度試驗原理與布氏硬度相似,也是根據壓痕單位表面積上的試驗力大小來計算硬度值。區别在于壓頭采用錐面夾角為136°的金剛石正四棱錐體,将其以選定的試驗力壓入試樣表面,按規定保持一定時間後卸除試驗力,測量壓痕兩對角線長度,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,符号HV。  
      
     式中 F-作用在壓頭上的試驗力(N),d-壓痕兩對角線長度的平均值(㎜),HV值的單位為N /㎜ 2 ,但習慣上隻寫出硬度值而不标出單位。  
     2、常用試驗力及其适用範圍  
     維氏硬度試驗所用試驗力視其試件大小、薄厚及其它條件,可在49.03-980.7N的範圍内選擇試驗力。常用的試驗胃有49.03、98.07、196.1、294.2、490.3、980.7N。HV符号前面的數字為硬度值,後面依次用相應數字注明試驗力和試驗力保持時間(10-15s不标注)。如640/HV30/20,表示30kgf (294.2N) 試驗力,保持時間為20s測得維氏硬度值為640。 
     維氏硬度法适用範圍寬,尤其适用于測定金屬鍍層、薄片金屬及化學熱處理後的表面硬度,其結果精确可靠。當試驗力小于0.2 kgf (1.961N)時,可用于測量金相組織中不同相的硬度。  
3、試驗優缺點 
     優點:①與布氏、洛氏硬度試驗比較,維氏硬度試驗不存在試驗力與壓頭直徑有一定比例關系的約束;           ②不存在壓頭變形問題; ③壓痕輪廓清晰,采用對角線長度計量,精确可靠,硬度值誤差較小。 
     缺點:其硬度值需要先測量對角線長度,然後經計算或查表确定,故效率不如洛氏硬度試驗高。
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