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HB-HRC-HV硬度的区别与联系

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材料抵抗另一硬物压入其内的能力叫硬度,即受压时抵抗局部塑形变形的能力。硬度测定方法有压入法、划痕法、回弹法等。其中压入法的应用最为普遍。压入法即在规定的静态试验力作用下,将一定的压头压人金属材料表面层,然后根据压痕的面积大小或深度测定其硬度值。在生产实践中,布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度是三种最常用的硬度测试方法,适用于不同的材料和需求。

01

     

布氏硬度

     

钢球或硬质合金球在一定的载荷下压入试验件表面,保持一定时间后卸载,测量压痕直径。布氏硬度值值使用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力表示的。目前多用硬质合金球,即HBW。

   


以上公式中的0.102是为了将载荷P的单位N转化为质量单位kg,0.5πD(D-(D²-d²)^0.5)即球面压痕的表面积。


测定的硬度值应标注在硬度符号 HBW的前面。除了保持时间为10~15s的试验条件外,在其他条件下测得的硬度值,均应在硬度符号后面用相应的数字注明压头直径、试验力大小和试验力保持时间。例如:

150HBW10/1000/30表示用直径为10mm的硬质合金球,在1000kg(9.087KN)试验力作用下,保持 30s 测得的布氏硬度值为150。也可省略钢球直径和载荷,如合金球直径为10mm,载荷为3000kg,保持10~15s,硬度值为200,可简单写为200HBW。


通常情况下,“HB”指的是使用10mm直径硬质合金球的HBW测试,而较小直径的HBS测试已不常用。


布氏硬度的特点是:试验时金属材料表面压痕大;能在较大范围内反映材料的平均硬度,测得的硬度值比较准确,数据重复性强。但由于其压痕大,对金属表面的损伤较大,不宜测定太小或太薄的试样。主要用于各种退火状态的钢、铸铁、有色金属,也可用于调质处理的机械零件,即多用于中低硬度的材料。


在零件图样和工艺文件中,通常只标注材料所需的布氏硬度范围和相应的硬度符号,如200~230HBW,而不具体规定试验条件。

02

     

洛氏硬度

     

洛氏硬度试验原理是以锥角为 120°的金刚石圆锥体或直径为 1.588mm 的淬火钢球,压入试样表面,试验时,先加初试验力,然后加主试验力,压人试样表面之后,去除主试验力,在保留初试验力的情况下,根据试样残余压痕深度增量来衡量试样的硬度大小。(HR值与压入深度有关,而HB值与压入面积有关)


   

根据压头种类和载荷大小,HR可分为ABC三种,HRA使用金刚石圆锥头,用于测量超高印度表面;HRB使用钢球头,测量中高硬度表面;HRC使用金刚石圆锥头,测量常规硬度表面,应用最广。 

   

洛氏硬度试验是生产中广泛应用的一种硬度试验方法。其特点是:压痕小,对试样表面损伤小,可直接读数,操作方便,可测低硬度、高硬度材料,用于检验各种钢铁原材料、有色金属、淬火工件、表面热处理工件、硬质合金等。


洛氏硬度常用来直接检验成品或半成品的硬度,尤其是经过淬火处理的零件,常采用洛氏硬度计进行测试。但是,由于压痕小,硬度值的准确性不如布氏硬度,数据重复性差。因此,在测试洛氏硬度时,要选取不同位置的三个测试点测出硬度值,再计算三个测试点硬度的平均值作为被测材料的硬度值。


洛氏硬度是一个无量纲的力学性能指标,其表示方法是将硬度值置于硬度符号之前。例如,50HRC表示用C标尺测定的洛氏硬度值为50。

03

     

维氏硬度

     

维氏硬度试验原理与布氏硬度试验类似,也是通过测量压痕单位表面积上的试验力来计算硬度值。不同的是,维氏硬度试验中采用的正四棱锥体金刚石压头,其相对面夹角为136°,从而形成了独特的试验原理。 

   


在维氏硬度试验中,压头以选定的试验力压入试样表面,经过规定的保持时间后卸除试验力。随后,通过测微计测量压痕对角线的长度,进而计算出压痕的表面积。压痕单位表面积所承受的平均压力即为维氏硬度值,以符号HV表示。


实际测试时,无需手动计算维氏硬度值。测微计直接测出压痕对角线长度,计算平均值后,再查阅相关标准附表即可得到所测硬度值。


维氏硬度试验的试验力选择需考虑试件的大小、薄厚及其他条件,常用试验力范围为03~97N(5~100kgf)。其表示方法与布氏硬度相似,符号HV前写硬度值,试验条件写在符号后。若试验力保持时间为10~15s,则无需标出。例如,640HV30/20表示在30kgf(22N)试验力作用下,保持20s测得的维氏硬度值为640。


维氏硬度具有诸多优点,如试验载荷小、压痕浅、适用范围广等。其测试范围涵盖5~3000HV,可测定从极软到极硬的各种金属材料。特别适用于测量零件表面淬火层及化学热处理的表面层。此外,维氏硬度仅使用一种标尺,使得材料的硬度可以直接通过维氏硬度值进行比较,无需考虑布氏硬度试验中的球体直径和洛氏硬度中的不同标尺问题。然而,其缺点是对试样表面要求较高,且压痕对角线长度的测量较为繁琐,不适用于大批量的测试工作。

04

       

硬度值的转化

       

三种硬度使用的典型应用场景如下

   

注意,随着技术发展,现在的表面洛氏硬度计也可测量镀层硬度。

在使用上,三者有很多重叠的场景,如何进行换算呢,粗略口算就是HV≈HBW,HR≈10×HB。

钢的硬度与强度极限也存在一定关系,详细对应表如下

   
   
   

除了以上3种最常用的硬度测试方法以为,还有显微硬度、肖氏硬度等,为什么这些方法应用没有以上3种广泛呢,要么是因为准确性不够高,要么是因为测量方法复杂,总之存在即合理。

   

最后祝工程师们端午安康,心想事成。

     
     

文字:本人

图片:网络及《工程材料》



来源:CAE中学生
化学材料试验
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首次发布时间:2025-06-07
最近编辑:11小时前
CAE无剑
硕士 | 仿真工程师 CAE中学生
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