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洛氏硬度(原理、类别)


洛氏硬度
洛氏硬度试验采用三种试验力,三种压头,它们共有 9 种组合,对应于洛氏硬度的 9 个标尺。 这 9 个标尺的应用涵盖了几乎所有常用的金属材料。最常用标尺是 HRC、HRB 和 HRF,其中 HRC 标尺用于测试淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢。这是金属加工行业应用最多的硬度试验方法。 HRB 标尺用于测试各种退火钢、正火钢、软钢、部分不锈钢及较硬的铜合金。H

RF 标尺用于测试纯 铜、较软的铜合金和硬铝合金。HRA 标尺尽管也可用于大多数黑色金属,但是实际应用上一般只限 于测试硬质合金和薄硬钢带材料。 表面洛氏硬度试验采用三种试验力,两种压头,它们有 6 种组合,对应于表面洛氏硬度的 6 个 标尺。表面洛氏硬度试验是对洛氏硬度试验的一种补充,在采用洛氏硬度试验时,当遇到材料较薄, 试样较小,表面硬化层较浅或测试表面镀覆层时,就应改用表面洛氏硬度试验。这时采用与洛氏硬 度试验相同的压头,采用只有洛氏硬度试验几分之一大小的试验力,就可以在上述试样上得到有效 的硬度试验结果。表面洛氏硬度的 N 标尺适用于类似洛氏硬度的 HRC、HRA 和 HRD 测试的材料; T 标尺适用于类似洛氏硬度的 HRB、HRF 和 HRG 测试的材料。 HRC 标尺的使用范围是 20~70HRC,当硬度值小于 20HRC 时,因为压头的圆锥部分压入太多, 灵敏度下降,这时应改用 HRB 标尺。尽管 HRC 标尺被规定的上限值为 70HRC,但是当试样硬度大 于 67HRC 时,压头尖端承受的压力过大,金刚石容易损坏,压头寿命会大大缩短,因此一般应改用 HRA 标尺。 HRA 标尺的使用范围是 20-88HRA,由美国标准 ASTM E140 可以获得以下换算关系: 27HRA≈30HRB 60HRA≈100HRB≈20HRC 85.6HRA≈68HRC 可见,HRA 标尺的测试范围涵盖了从软钢(HRB)、硬钢(HRC)到硬质合金的硬度范围。然 而,事实上 HRA 标尺很少用于测试软钢,主要用于测试薄硬钢板、深层渗碳钢和硬质合金。在硬质 合金方面,由于技术进步,有些材料硬度已达到 93-94HRA,这已超出标准规定。工程上超出 HRA 高端的测量范围已成为惯例。 HRA 标尺有一个特殊用途。在使用洛氏硬度计测试钢试样时,如果 不知试样是软钢还是硬钢,可先用 HRA 标尺试测一下,当硬度值小于 60HRA 时可改用 HRB 标尺, 当硬度值大于 60HRA 时可改用 HRC 标尺。 HRB 标尺的使用范围是 20~100HRB,当硬度值低于 20HRB 时,由于钢球的压入深度过大,金 属蠕变加剧,试样在试验力作用下的变形时间延长,测试值准确度降低,此时应改用 HRF 标尺。当 硬度值大于 100HRB 时,因为钢球压入深度过浅,灵敏度降低,精度下降,此时应改用 HRC 标尺。 在使用 HRB 标尺测试钢试样时, 一个特别值得注意的地方是: 当预先不知道试样是软钢还是硬钢时, 决不可使用 HRB 标尺做测试,因为用钢球压头误测了淬火钢,钢球就可能会变形,钢球压头就会损 坏,这是钢球压头损坏的主要原因。遇到这种情况时应先用金刚石压头,用 HRA 标尺测试一下,再 决定是用 HRB 还是用 HRC。 HRF 标尺的使用范围是 60~100HRF。HRF 标尺是国外使用较多的一个标尺,它是测试纯铜和 较软的铜合金材料很好的检测手段。但是在我国,也存在标准硬度块短缺的问题,它的应用也受到 了限制。 HRG 标尺适用于 HRB 值接近 100 的材料,对于铍青铜、磷青铜、可锻铸铁这些硬度范围介于 HRB 标尺的高端和 HRC 标尺低端的材料,如果改用 HRG 标尺,就可以大大改善测试的灵敏度,提 高测试精度。 分为金属类洛氏硬度,塑料类洛氏硬度(HRR)

洛氏硬度计虽然结构简单,操作方便,但如果长期操作不当,检验硬度失准,将使产品质量受到很大影 响,带来不良后果。现将我们在检定中常见的几种误差及处理方法介绍如下:

一、人为误差:
(1)操作人员技术熟练程度不够,实践经验较差,应由熟悉硬度计的人员使用; (2)加荷过快,持荷时间短,低硬度的零件硬度偏高,而加荷过慢,持荷时间长,硬度偏低,操作时加荷 应平整,保持一定加荷时间。

二、被测零件影响的因素:
(1)不同的表面光洁度在洛氏硬度测试时,表现出不同的影响。表面光洁度愈低,高硬度测试时其硬度愈 高,反之硬度越低,有刀痕的粗糙表面,淬火时首先最快冷却,或很坚硬的表层,硬度值就高。反之,调 质件高温回火时,有刀痕的表层组织先转变,抗回火的能力小,硬度值就低。在测试表面光洁度Δ7 以下 的零件时,必须使用废砂轮精磨,再用锉刀锉磨光滑,或用细的手砂轮磨光,然后揩擦干净。 (2)热处理零件表面有盐渍、沙子等物,当加负荷时,零件会产生滑移,若有油腻存在,金刚头压入时起 润滑作用,减小磨擦,增加压深。这两项原因使所测硬度值偏低。零件测试的部位氧化皮蔬松层薄的硬度 值降低,氧化皮致密层厚的硬度值增高。对欲测硬度的零件必须去除氧化皮,揩擦干净,不得有脏物。 (3)斜面(或锥度)、球面及圆柱体零件对硬度测试的误差较平面大。当压头压入这种零件表面时,压入 处四周的抗力比平面小,甚至有偏离、滑移的现象,压深增大,硬度降低。曲率半径愈小,斜度愈大,硬 度数值的降低愈显著。金刚石压头也容易损坏。对这类零件要设计专用工作台,使工作台和压头同心。

三、压头的影响:
(1)金刚石压头不符合技术要求或是使用一段时间后有磨损,操作者如不能判断金刚石的好坏,可由计量 测试机构进行检定。 (2)钢球压头强度和硬度不够,容易产生变形。钢球扳压扁产生永久变形后呈椭圆,短轴垂直于零件表面 时,压痕浅,示值高;长轴垂直于零件表面时,压痕加深,示值降低,钢球允差小 0.002mm

四、载荷方面:
(1)初负荷:弹簧和主轴、杠杆和百分表之间有摩擦,造成 100N 的增大或减小。调整螺丝松旷、调整移 动,顶杆位置不当。起始线有差异,引起初负荷不对。如果初负荷不对,应调整弹簧、主轴、杠杆、百分 表等处的配合。调整块的位置移动合适以后,紧固调整螺丝,同时要紧固顶杆位置,初负荷的允差应小于 ±2%。 (2)主负荷:杠杆比例不对,吊杆和砝码的配重有误差;主轴、杠杆和砝码有偏斜,均会使主负荷产生误 差。杠杆比不对,应进行调整。刀口有磨损应修复或更换,主轴变形要进行校直。主轴、杠杆和砝码偏斜 应拨正。各种标尺主负荷的允差小于±0.5%。

五、硬度计安置不正。硬度计不处于水平位置,测试硬度时,其值偏低。用水平仪测量水平度,然后垫平
硬度计。

六、零件某一测试部位的表面与工作台接触不良,或支承点不稳固,将会产生滑移、滚动、翘起等现象。
这不仅使所得结果不准,还会损坏仪器。应根据零件的几何形状设计合适的工作台。 :

七、周围环境的影响。工厂生产用硬度计常会因周围环境受震动的影响,致使仪器结构产生松动,示值不
稳定。硬度计应安装在无震动或离震源较远的地方。 。


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