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硬度,(英語: hardness )表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標之一。[1]

一般硬度越高,耐磨性越好。

常用的硬度指標有布氏硬度洛氏硬度維氏硬度[2]

分類

布氏硬度(HB)

以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面,保持一段時間,去載後,負荷與其壓痕面積之比值,即為布氏硬度值(HB),單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。

洛氏硬度(HR)

當HB>450或者試樣過小時,不能採用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。

它是用一個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球,在一定載荷下壓入被測材料表面,由壓痕的深度求出材料的硬度。

根據試驗材料硬度的不同,分三種不同的標度來表示:

HRA:是採用60kg載荷和鑽石錐壓入器求得的硬度,用於硬度極高的材料(如硬質合金等)。

HRB:是採用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球,求得的硬度,用於硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。

HRC:是採用150kg載荷和鑽石錐壓入器求得的硬度,用於硬度很高的材料(如淬火鋼等)。

維氏硬度值(HV)

以120kg以內的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面,用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值,即為維氏硬度值(HV)

HBS,HBW是布氏硬度更詳細的分類。非常專業的時候要用到。[3]

布氏硬度

布氏硬度符號

用 HBS或HBW表示。

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

HBW表示壓頭為硬質合金,用於測定布氏硬度值在650以下的樹料。

布氏硬度的表示方法

HBS或HBW之前的數字為硬度值,後面按順序用數字表示試驗條件:

①壓頭的球體直徑;

②試驗載荷;

③試驗載荷保持的時間(10~15s不標註)。

例如170HBS10/1000/30表示用直徑10mm的鋼球,在9807 N(1000 kgf)的試驗載荷作用下,保持30s時測得的布氏硬度值為170。

530HBW5/750表示用直徑5 mm的硬質合金球,在7355N(750kg f)的試驗載荷作用下,保持10~15s時測得的布氏硬度值為530。

試驗條件的選擇

布氏硬度試驗時,壓頭球體的直徑D、試驗載荷F及載荷保持 的時間 t,應根據被試金屬材料的種類、硬度值的範圍及厚度進行選擇。

常用的壓頭直徑 l、2、2.5、5和10毫米五種。

試驗載荷可從9.807N ( l kgf) ~29.42 KN (3000 kgf)範圍內,

載荷保持的時間,一般黑色金屬為10~15s;有色金屬為30s;布氏硬度值小於35時為60s。[4]

優缺點

鋼球直徑較大,在金屬材料表面上留下的壓痕也較大,故測得的硬度值比較準確。

布氏硬度值和抗拉強度之間有一定的關係,因此可按布氏硬度值近似確定金屬材料的抗拉強度。

如被試金屬硬度過高,將影響硬度值的準確性,所以布氏硬度試驗一般適於測定布氏硬度值小於650的金屬材料。

布氏硬度壓痕較大,故不宜測定成品及薄片材料。

莫氏硬度

還有莫氏硬度是用在磨料上的。

磨料的硬度是指磨料抵抗其它物質刻劃或壓入其表面的能力。

磨料的硬度是用顯微硬度表示的,顯微硬度是一種壓入硬度,測量儀器是顯微硬度計,它實際上是一台設有加負荷裝置的顯微鏡。

在磨料磨具行業常用來表示磨料硬度的,還有莫氏硬度和新莫氏硬度。

莫氏硬度是由德國人莫斯首先提出來的,其測試方法是用稜錐形金剛石針刻劃被測物體的表面,根據劃痕的深度來表示硬度。

莫氏硬度是以十種常見不同硬度的礦物作為標準,按大小順序排列構成的。新莫氏硬度是在莫氏硬度的基礎上,將硬度的等級劃分為15個。

視頻

布氏硬度試驗

洛氏硬度試驗原理圖-1

西北工業大學——布氏硬度試驗操作視頻說明

金屬洛氏硬度試驗方法 | 微公路試驗檢測

參考資料

  1. 硬度定義,文檔網
  2. 機械性能試驗,美信檢測
  3. 維氏硬度計試驗法,維氏硬度計測量原理,深圳君達時代儀器有限公司測,2013-03-09
  4. 機械性能試驗,美信檢測