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硬度知識大全---那些我們熟知的硬度計

2017-8-16 閱讀(1394)

生活中,大家經(jīng)常接觸到2B鉛筆,時而互相調(diào)侃。鉛筆其實(shí)除了2B,還有HB等等。學(xué)工科以后就會去猜想:這個2B到底是什么意思?

 

 

作為一個理論力學(xué)剛好及格出頭的小編,直觀的思維就是:硬度。想當(dāng)年物理老師還告訴我們,軟的是滑石、石墨,比較硬的有鉑金啊,鋼鐵,硬的那些就是很貴很貴各種高大上的寶石,水晶、剛玉、鉆石。其實(shí)這個就是“莫氏硬度”。 

 

莫氏硬度是表示礦物硬度的一種標(biāo)準(zhǔn),分成十個等級。

 

 

說回到鉛筆,鉛筆中:B=BLACK(黑度),H=HARD(硬度),B數(shù)越多鉛筆就越黑越軟,H數(shù)越多就越硬顏色越淺。鉛筆硬度等級排序:10B、9B、8B、7B、6B、5B、4B、3B、2B、B、HB、F、H、2H、3H、4H、5H、6H、7H、8H、9H、10H。10B軟墨深,10H硬墨淺。所以它不是莫氏硬度。

 

  (扯了這么多,其實(shí)就想引出今天的話題:硬度。凹死小編了,看在這么辛苦的份上怎么也在文章末尾點(diǎn)一下大拇指吧?。?/span>

 

  一、什么是硬度

 

金屬重要的性質(zhì)之一是硬度。鐵釘子可以釘入木頭是因?yàn)殍F比木頭硬。將另一物體向某一物體表面壓入時,該物體的抵抗能力就是硬度。歸結(jié)到定義就是材料通過*塑性變形抵抗外加載荷的強(qiáng)度性能。

 

 

二、常見的硬度

 

  在硬度檢測中,我們經(jīng)常會看到布氏、洛氏、維氏這些詞語。它們是什么意思呢?小編現(xiàn)在慢慢向您說來......

  我們知道硬度是當(dāng)一個物體向某一物體壓入時,該物體的抵抗能力。那么科學(xué)家們就根據(jù)這個原理將測試分為兩大類:劃痕硬度壓入硬度。

 

所謂的劃痕硬度,簡單來說是用不同硬度的鉛筆劃待測物體表面。

 

 

壓入硬度是將某種材質(zhì)、形狀的壓頭以一定的負(fù)載和速度壓入待測物體,然后根據(jù)壓痕的面積、大小或者深度來計算。其中壓入硬度根據(jù)壓入速度不一樣分為靜載壓入硬度動載壓入硬度(也叫回跳硬度)。

金屬硬度大多屬于靜載壓入硬度。

 

三、常見的壓入硬度(布氏、洛氏、維氏)

布氏硬度

用一定直徑(D)的硬質(zhì)合金球體壓頭,以相應(yīng)的載荷FkgfN)壓入試樣表面,經(jīng)規(guī)定保持時間(T)后卸載。布氏硬度的定義即為試驗(yàn)力F除以壓痕球形表面積(S)所得的商。

 

 

 

計算公式:

 

 

注:

①HBS表示壓頭為淬硬鋼球,用于測定布氏硬度值在450以下的材料,如軟鋼、灰鑄鐵和有色金屬等。

②HBW表示壓頭為硬質(zhì)合金,用于測定布氏硬度值在650以下的材料。

③適用于鑄鐵、非鐵合金,各種退火、調(diào)質(zhì)鋼材。

 

洛氏硬度

樣件特別硬時,布氏硬度無法提供準(zhǔn)確試驗(yàn)。洛氏硬度就登場了。

試驗(yàn)的原理是在初始載荷和載荷先后作用下,將金剛石圓錐體或淬火鋼球壓頭壓入試樣表面,經(jīng)規(guī)定保持時間后卸載,用增加的壓痕深度來計算。

 

 

 

 

計算公式: HR=k—h/0.002。當(dāng)壓頭為金剛石時,k=100;當(dāng)壓頭為淬火鋼球時,k=130。

對于洛氏硬度,優(yōu)點(diǎn)是壓痕小不損壞工件,操作簡便適合批量檢測。缺點(diǎn)也在于壓痕小,試驗(yàn)值較分散,易引起操作誤差。

注:

①HRA是采用60Kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度很高的材料。例如:硬質(zhì)合金。

②HRB 是采用100Kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球求得的硬度,用于硬度較低的材料。例如:軟鋼、有色金屬、退火鋼、 鑄鐵等。

③HRC 是采用150Kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度較高的材料。例如:淬火鋼等。

④因?yàn)槁迨蠝y量是壓痕深度,所以樣品的粗糙度Ra≦0.8um。

⑤對試樣的小厚度H要求不小于壓痕深度的h的10倍。

 

維氏硬度

為了從軟到硬的各種金屬材料用一個壓頭來測得連續(xù)一致的硬度標(biāo)度,就產(chǎn)生了維氏硬度測量法。

維氏硬度的試驗(yàn)原理與布氏硬度相同,也是根據(jù)壓痕單應(yīng)面積所承受的試駐力來計算硬度值。維氏硬度用夾角136度的金剛石四棱錐體壓頭,使用很小試驗(yàn)力F0.5、12510、20、50kg力)壓入試樣表面,測出壓痕對角線長度d,計算得到壓痕表面積,用F/S比值衡量硬度大小。

 

 

 

 

 

計算公式:HV=1.8544P/L2

注:

① 表示方法:在HV前面寫硬度值,HV后面按順序?qū)懺囼?yàn)力(用kgf表示)和試驗(yàn)力保持時間(用s表示),一般保持時間為l0~15s的,可不注明時間。例如640HV30/20,表示用30kg持時間為20s條件下測得的硬度值為640。

 

四、硬度之間的關(guān)系

對于壓入硬度中的布氏、洛氏和維氏硬度來說,經(jīng)過長期的積累工程師們已經(jīng)把它和與靜強(qiáng)度指標(biāo)(抗拉強(qiáng)度)建立了經(jīng)驗(yàn)換算關(guān)系。

 

  1.努氏硬度與維氏硬度的換算

  (1)以相同硬度的物體對努氏維氏兩種壓頭具有相等的抗力為依據(jù),分別對維氏努氏兩種壓頭在加載荷下的應(yīng)力進(jìn)行推導(dǎo),再根據(jù)σHK=σHV得出:HV=0.968HK。本公式是在低載荷下測得,誤差比較大。此外在硬度值大于HV900時此公式誤差很大,失去參考價值。

 

  (2)經(jīng)過推導(dǎo)與修正提出努氏硬度與維氏硬度的換算公式為

 

 

 

經(jīng)實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證,該公式的大相對換算誤差為0.75%,具有較高的參考價值。

 

  2.洛氏硬度與維氏硬度的換算

  (1)對Hans·Qvarnstorm提出的The Qvarnstorm換算公式

 

 

 

 

進(jìn)行修正后得出洛氏硬度與維氏硬度的換算公式為:

 

 

 

此公式用我國公布的黑色金屬硬度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行換算,其HRC誤差基本上在±0.4HRC 范圍內(nèi),其大誤差也僅士0.9HRC,計算的HV誤差大為±15HV。

 

  (2)根據(jù)不同壓頭所受應(yīng)力σHRCHV,通過對洛氏硬度與維氏硬度壓痕深度關(guān)系曲線的分析得出公式

 

 

本公式與國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)換算值對照,換算式計算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值之誤差為±0.1HRC。

 

  (3)根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用線性回歸的方法對洛氏硬度與維氏硬度的換算進(jìn)行探討,得出公式:

 

 

 

本公式使用范圍小,誤差較大,但計算簡便,在對精度要求不高時可以使用。

 

  3.洛氏硬度與布氏硬度的換算

  (1)對布氏壓痕和洛氏壓痕深度關(guān)系進(jìn)行分析,根據(jù)壓頭的應(yīng)力σHRCHB得出換算公式

 

 

 

計算結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值對照,換算式計算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值之誤差為±0.1HRC。

 

  (2)根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用線性回歸法得到公式

 

 

 

公式誤差偏大,使用范圍偏小,但計算簡便,在對精度要求不高的情況下可以使用。

 

  4.布氏硬度與維氏硬度的換算

  布氏硬度與維氏硬度的關(guān)系,同樣根據(jù)σHBHV得出公式

 

 

 

此公式換算結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)換算值對照,換算誤差為±2HV。

 

  5.努氏硬度與洛氏硬度的換算

  因?yàn)榕嫌捕扰c洛氏硬度的對應(yīng)曲線類似于拋物線,故由曲線得出近似的換算公式為

 

 

 此公式比較,可以作為使用參考。

 



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