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金属洛氏硬度测试方法及优缺点

洛氏硬度破坏性测试方法:

  在洛氏硬度测试中,硬度的度量不是压痕表面,而是压痕深度。压角为120°且端面半径为0.2 mm的硬质合金球或圆形金刚石圆锥都可以用作压头。压痕深度可以通过测试仪的移动路径直接从百分表读取。

洛氏硬度计的金刚石压头 上图:用于洛氏硬度测试的金刚石压头

在洛氏硬度测试中,将压头压入要测试的材料中。压痕深度是硬度的度量!
  洛氏硬度测试的测量过程分三个步骤进行。首先,将压头以98N的所谓初始试验力(预紧力)F0放置在要测试的表面上。通过这种方式,可以补偿样品中可能的凝固过程以及测量仪器中任何间隙的影响。在短暂施加预测试力之后,将千分表设置为零(参考水平)。然后可以确定实际的硬度值。

洛氏硬度测试过程的3个步骤 上图:洛氏硬度测试过程

  除了预载外,还施加了实际的测试负荷F1,并且硬度计压头以总力F = F0 + F1穿透了材料。根据压头和要测试的材料,从表簿中获取要设置的测试负载。
  在压头以给定的总力压入材料后,再次去除测试力F1。至此,材料仅受到预载荷F0的压力,压头因样品的弹性材料性能而再次略微升高。但是,仍然与样品接触。结果测量在保持预紧力F0的情况下剩余的压痕深度h(以毫米为单位),并将其用于确定硬度值。
  根据压头(菱形锥或硬质合金球),可以使用以下公式确定无单位硬度值HR:
  HRC,HRA=100−h/0,002     金刚石压头的洛氏硬度
  HRB,HRF=130−h/0,002     硬质合金球的洛氏硬度

用金刚石锥状压头测试

  对于金刚石锥体,硬度值是从0.2毫米的参考深度获得的。根据穿透的压头到达该参考深度的距离,为材料指定相应的硬度。压头完全穿透到参考深度显然意味着非常柔软的材料。硬度值为0。但是,如果菱形圆锥体根本不穿透材料,则表示存在非常坚硬的材料,将硬度值指定为100。刻度按照0.002 mm(2 µm)的偶数细分,因此达到参考深度的一半(Rockwell硬度值50)也对应于硬度值上限的一半。当使用金刚石锥时,洛氏标尺因此分为100度硬度。
  菱形锥的测试方法特别适用于非常硬的材料,例如淬硬或回火的钢。除特殊程序外,预载为98 N(10 Kgf)。实际测试负载可能会因应用程序而异。

在方法C中,样品承受1373 N(140 Kgf)的测试载荷。但是,特别是在测试薄板时,由于高的测试力,材料可能只会在相反的一侧凸出,从而使测量结果失真。因此,将变体A引入金刚石锥体测试中,该测试器在减小的测试力490 N(50 Kgf)下工作。此外,还有一种较不常见的变体D,其硬度值是使用883 N(90 Kgf)的测试负荷确定的。为了确定,还使用了公式(HRC,HRA)。

  请注意,实际上,洛氏硬度不是由上面的公式确定,而是直接从校准的标尺读取。

读数的百分表用于确定HR 上图:百分表用于确定洛氏硬度值

用硬质合金球测试

  但是,当测试相对较软的材料时,菱形圆锥体会太深地渗透到材料中,并位于0.2毫米的参考深度之外。因此,用硬质合金球对软表面进行测试,并且参考深度扩展到0.26 mm。但是,保持了以0.002mm为单位的硬度等级的划分。当使用硬质合金球时,这导致硬度值在理论范围0(完全压痕深度为0.26 mm)至130(无压痕深度)的范围内。
  在使用硬质合金球进行硬度测试时,主要区别在于工艺变量B和F。与金刚石锥体测试相反,它们适用于较软的金属,例如建筑钢或黄铜。球的直径为1.5875毫米(= 1/16英寸)。在所有工艺方案中,预载均为98 N(10 Kgf)。程序仅在实际测试负载上有所不同。在型号B中,测试负载为883 N(90 Kgf),在型号F中,测试负载为490 N(50 Kgf)。由于降低了测试负荷,工艺方案F特别适用于非常柔软的材料,例如铜或薄板。

洛氏硬度值的可比性

  不同工艺变量获得的硬度值无法相互比较。另外,用某种加工方法获得的硬度值须在一定范围内。对于超出此范围的值,应更改方法,因为压头已太强或太弱地穿透了材料。
  HRC: 20-70
  HRA: 20-88
  HRB: 20-100
  HRF: 60-100

洛氏硬度测试的优点和缺点

  洛氏硬度测试的优势是相对较短的测试时间和良好的自动化能力,因为测量值直接从压痕深度确定,而无需在显微镜下进行光学测量。因此,该过程特别适合于自动化生产。
洛氏硬度方法的缺点是深度范围相对较小。即使材料中的微小压痕也可能导致压痕深度和硬度值的明显偏差。另外,由于深度的微小差异,很难区分硬度值高的材料。

洛氏硬度值指示

  洛氏硬度的符合标准的规范包括硬度值和测试方法。

洛氏硬度值和方法 上图:符合标准的洛氏硬度值指示

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