04-15
金屬材料的硬度
硬度
是指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。它是衡量材料軟硬的指標(biāo)。
按測(cè)試方法的不同，硬度分為三種類型。
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①劃痕硬度。主要用于比較不同礦物的軟硬程度，方法是選一根一端硬一端軟的棒，將被測(cè)材料沿棒劃過(guò)，根據(jù)出現(xiàn)劃痕的位置確定被測(cè)材料的軟硬。定性地說(shuō)，硬物體劃出的劃痕長(zhǎng)，軟物體劃出的劃痕短。
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②壓入硬度。主要用于金屬材料，方法是用一定的載荷將規(guī)定的壓頭壓入被測(cè)材料，以材料表面局部塑性變形的大小比較被測(cè)材料的軟硬。由于壓頭、載荷以及載荷持續(xù)時(shí)間的不同，壓入硬度有多種，主要是布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等幾種。
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③回跳硬度。主要用于金屬材料，方法是使一特制的小錘從一定高度自由下落沖擊被測(cè)材料的試樣，并以試樣在沖擊過(guò)程中儲(chǔ)存（繼而釋放）應(yīng)變能的多少（通過(guò)小錘的回跳高度測(cè)定）確定材料的硬度。
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金屬材料常見(jiàn)到的布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度屬于壓入硬度，硬度值表示材料表面抵抗另一物體壓入時(shí)所引起的塑性變形的能力；回跳法（肖氏、里氏）測(cè)量硬度，硬度值代表金屬?gòu)椥宰冃喂δ艿拇笮 ?
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布氏硬度 Brinell Hardness
用直徑D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球作壓頭，以相應(yīng)的試驗(yàn)力F壓入試件表面，經(jīng)規(guī)定的保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，得到一直徑為d的壓痕。用試驗(yàn)力除以壓痕表面積，所得值即為布氏硬度值，符號(hào)用HBS或HBW表示。
HBS和HBW的區(qū)別是壓頭的不同。HBS表示壓頭為淬硬鋼球，用于測(cè)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(zhì)合金，用于測(cè)定布氏硬度值在650以下的材料。
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同樣的試塊，當(dāng)其它試驗(yàn)條件完全相同的情況下，兩種試驗(yàn)結(jié)果不同，HBW值往往大于HBS值，而且并無(wú)定量的規(guī)律所循。
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2003年以后，我國(guó)已經(jīng)等效采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，取消了鋼球壓頭，全部采用硬質(zhì)合金球頭。因此HBS停止使用，全部用HBW表示布氏硬度符號(hào)。很多時(shí)候布氏硬度僅用HB表示，指的就是HBW。不過(guò)在文獻(xiàn)論文中HBS仍時(shí)有所見(jiàn)。
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布氏硬度測(cè)量法適用于鑄鐵、非鐵合金、各種退火及調(diào)質(zhì)的鋼材，不宜測(cè)定太硬、太小、太薄和表面不允許有較大壓痕的試樣或工件。
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洛氏硬度 Rockwell Hardness
用錐頂角為120°的金剛石圓錐或?1.588mm和?3.176mm淬火鋼球作壓頭和載荷配合使用，在10kgf初載荷和60、100或150kgf力總載荷（即初載荷加主載荷）先后作用下壓入試樣，在總載荷作用后，以卸除主載荷而保留主載荷時(shí)的壓入深度與初載荷作用下壓入深度之差來(lái)表示硬度。
洛氏硬度試驗(yàn)采用三種試驗(yàn)力，三種壓頭，它們共有9種組合，對(duì)應(yīng)于洛氏硬度的9個(gè)標(biāo)尺。這9個(gè)標(biāo)尺的應(yīng)用涵蓋了幾乎所有常用的金屬材料。常用的有HRA、HRB和HRC三種，其中HRC應(yīng)用較廣。
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HRC標(biāo)尺的使用范圍是20~70HRC。當(dāng)硬度值小于20HRC時(shí)，因?yàn)閴侯^的圓錐部分壓入太多，靈敏度下降，這時(shí)應(yīng)改用HRB標(biāo)尺；當(dāng)試樣硬度大于67HRC時(shí)，壓頭尖端承受的壓力過(guò)大，金剛石容易損壞，壓頭壽命會(huì)大大縮短，因此一般應(yīng)改用HRA標(biāo)尺。
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洛氏硬度試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便、迅速、壓痕小，可測(cè)試成品表面及較硬、較薄的工件。因壓痕小，對(duì)于組織和硬度不均勻的材料，硬度值波動(dòng)較大，準(zhǔn)確性不如布氏硬度高。洛氏硬度用于測(cè)定鋼鐵、有色金屬、硬質(zhì)合金等的硬度。
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維氏硬度? Vickers Hardness
維氏硬度測(cè)量原理與布氏硬度相似。采用相對(duì)面夾角為136°金剛石正四棱錐壓頭，以規(guī)定的試驗(yàn)力F壓入材料的表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用正四棱錐壓痕單位表面積上所受的平均壓力表示硬度值，標(biāo)記符號(hào)為HV。
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維氏硬度測(cè)量范圍大，可測(cè)量硬度為10~1000HV范圍的材料，壓痕小，一般用來(lái)測(cè)量較薄的材料和滲碳、滲氮等表面硬化層。
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里氏硬度 Leeb Hardness
用一定質(zhì)量的裝有碳化鎢球頭的沖擊體，在一定力的作用下沖擊試件表面，然后反彈。由于材料硬度不同，撞擊后的反彈速度也不同。在沖擊裝置上安裝有永磁材料，當(dāng)沖擊體上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，其外圍線圈便感應(yīng)出與速度成正比的電磁信號(hào)，再通過(guò)電子線路轉(zhuǎn)換成里氏硬度值，符號(hào)標(biāo)記為HL。
里氏硬度儀無(wú)需工作臺(tái)，其硬度傳感器小如一只筆，可用手直接操作，無(wú)論是大、重型工件還是幾何尺寸復(fù)雜的工件都能容易地檢測(cè)。
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里氏硬度另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)產(chǎn)品表面損傷很輕，有時(shí)可作為無(wú)損檢測(cè)；對(duì)各個(gè)方向，窄小空間及特殊部位硬度測(cè)試具有獨(dú)特性。
