“硬度測試標(biāo)尺選擇參考圖”解析

“硬度測試標(biāo)尺選擇參考圖”解析

——布、洛、維三種硬度計的選用

    國際標(biāo)準(zhǔn)ISO18265—2003中有一個“硬度測試標(biāo)尺選用參考圖”。這一參考圖對于在金屬硬度測試中如何選用硬度標(biāo)尺給出了一個很直觀的指導(dǎo)。筆者就自己所知，對圖1所示的參考圖解析如下：

圖1 硬度測試標(biāo)尺選擇參考圖

（取自國際標(biāo)準(zhǔn)ISO18265—2003）

    圖1中橫坐標(biāo)是維氏硬度HV30，范圍是50～1100。縱坐標(biāo)Y1是洛氏硬度，范圍是0～120。縱坐標(biāo)Y2是布氏硬度，范圍分為兩部分，0～450為使用鋼球壓頭，450～650為使用硬質(zhì)合金球壓頭。
    圖中區(qū)域1是有色金屬，區(qū)域2是鋼鐵，區(qū)域3是硬質(zhì)合金。從這份圖上可讀到以下信息：
１．維氏硬度計
    維氏硬度試驗在跨越有色金屬、鋼鐵和硬質(zhì)合金的寬廣硬度范圍內(nèi)具有一個統(tǒng)一的標(biāo)尺，圖中示出的維氏硬度測試范圍是50～1100HV。
    其實維氏硬度計具有更寬的的測試范圍，測試的硬度值可以從幾個HV到3000HV。可以涵蓋幾乎全部的金屬材料，從很軟的金屬到很硬的淬火鋼、硬質(zhì)合金，以及玻璃、礦石、陶瓷、人造金剛石等。
2．布氏硬度計
    布氏硬度計用于測試有色金屬和大部分鋼鐵材料。
    低硬度有色金屬，例如鋁和鋁合金、紫銅等材料應(yīng)采用0.102F/D2＝5的試驗條件，也可采用0.102F/D２＝10的試驗條件，硬度范圍為50～100HBS．高硬度有色金屬，例如超硬鋁合金、黃銅、青銅等應(yīng)采用0.102F/D2=10的試驗條件，硬度范圍為100～150HBS．鋼鐵材料應(yīng)采用0.102F/D2=30的試驗條件，硬度范圍為150～450HBS及450～650HBW。
    布氏硬度計測試范圍的上限值是650HBW，這一數(shù)值相當(dāng)于洛氏硬度的60HRC。
    布氏硬度值和維氏硬度值具有較好的線性關(guān)系。
    布氏硬度值和維氏硬度值數(shù)值接近，在硬度值小于450HB時大致有如下關(guān)系：HB≈HV。
    布氏硬度計在硬度值為450以下時，應(yīng)采用鋼球壓頭，記作HBS，在硬度值450以上時應(yīng)采用硬質(zhì)合金球壓頭，記作HBW。
    （關(guān)于布氏硬度試驗的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 6506.1-1999和中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T231.1-2002都取消了鋼球壓頭，統(tǒng)一采用硬質(zhì)合金球壓頭。以后在進行布氏硬度試驗時，鋼球壓頭和HBS硬度值將不再采用。）
3．洛氏硬度計
    洛氏硬度試驗根據(jù)試驗力和壓頭的不同組合，有多種標(biāo)尺可以選擇，不同的標(biāo)尺用于測試不同硬度范圍或尺寸范圍的材料。
    HRA標(biāo)尺用于測試鋼鐵材料和硬質(zhì)合金。其測試范圍約為50～87HRA，在洛氏硬度試驗的各標(biāo)尺中，HRA是唯一可用于測試硬質(zhì)合金材料的。
    事實上，由于HRC標(biāo)尺的廣泛應(yīng)用，HRA標(biāo)尺很少用于測試一般鋼鐵材料，它的用途僅限于測試硬質(zhì)合金薄硬鋼帶和中等厚度的表面硬化鋼。 * HRC標(biāo)尺是所有硬度試驗方法中應(yīng)用最為廣泛的，鋼鐵材料的硬度測試主要采用HRC標(biāo)尺。
    HRC標(biāo)尺的測試范圍包括調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼、回火鋼、硬鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵和鈦合金等，硬度值范圍在20～67HRC。
    盡管標(biāo)準(zhǔn)中給出HRC標(biāo)尺的上限值可達到70HRC，但是考慮到金剛石壓頭的壽命,當(dāng)硬度值大于67HRC時, 人們一般都改用HRA標(biāo)尺。
    采用金剛石壓頭的表面洛氏HR15N、HR30N、HR45N標(biāo)尺，其硬度測試范圍與HRC相當(dāng)，都是從較硬的軟鋼到高硬度的淬火鋼。這三個標(biāo)尺的采用，實際上是對HRC標(biāo)尺的補充，當(dāng)試樣硬度符合HRC的測試范圍，只是厚度不足時，就可改用表面洛氏硬度N標(biāo)尺。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 ，對于采用金剛石壓頭的洛氏硬度標(biāo)尺，試樣厚度應(yīng)大于壓痕深度的10倍。HRC標(biāo)尺的試驗力是150kg。而HRN標(biāo)尺的試驗力只有15～45kg，減小了試驗力，壓痕就會變淺，就不會因試樣過薄，發(fā)生測砧效應(yīng)而影響硬度測試的準(zhǔn)確性。三種標(biāo)尺的選用規(guī)則也是根據(jù)試樣的厚度。較厚的試樣用HR45N標(biāo)尺，最薄的試樣用HR15N標(biāo)尺，采用HR15N標(biāo)尺測試淬火硬鋼片時，試樣厚度可薄至0.15mm。當(dāng)一個試樣的厚度可以同時滿足兩個以上N標(biāo)尺要求時，應(yīng)選用其中試驗力最大的一個標(biāo)尺，這樣有助于提高測試精度。
    HRC硬度值和維氏硬度HV及布氏硬度HB之間有著一個粗略的換算關(guān)系，了解了這一換算關(guān)系常常會給人們帶來方便。HRC=0.1HV=0.1HB。
    HRB標(biāo)尺也是應(yīng)用很廣泛的硬度測試標(biāo)尺。它是較硬的有色金屬和軟鋼的主要硬度測試手段。在高硬度黃銅、青銅、不銹鋼、冷軋鋼板的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中都有采用HRB標(biāo)尺測試材料力學(xué)性能的規(guī)定。圖1所示HRB標(biāo)尺的測試范圍是10～100HRB，當(dāng)硬度值接近100HEB時，硬度測試的靈敏度降低，這時應(yīng)改用HRC標(biāo)尺。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T230.1-2002規(guī)定的HRB標(biāo)尺測試范圍是20～100HRB，這一點與圖1是不同的。當(dāng)材料硬度小于20HRB時，由于壓頭壓入過深，影響測試準(zhǔn)確性，此時應(yīng)改用低一級的HRF標(biāo)尺。
    HRF標(biāo)尺是應(yīng)用較廣泛的硬度測試標(biāo)尺，它在圖1中位于HRB標(biāo)尺的左側(cè)，用于測試比HRB更軟的材料，例如紫銅、退火的黃銅、退火的薄鋼板、一般的鋁合金等。圖1中HRF標(biāo)尺測試范圍的下限值低于50HRF，上限值接近120HRF，但是，無論是國際標(biāo)準(zhǔn)，還是中國標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定的HRF標(biāo)尺適用范圍都是60～100HRF。當(dāng)硬度值超過100HRF時，應(yīng)改用高一級的HRB標(biāo)尺。當(dāng)硬度值低于60HRF時，應(yīng)改用低一級的HRH標(biāo)尺。
    國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對于采用鋼球壓頭的各種洛氏硬度標(biāo)尺，試樣厚度應(yīng)大于壓痕深度的15倍。當(dāng)采用HRB、HRF標(biāo)尺試樣厚度已經(jīng)不能滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求時，應(yīng)改用表面洛氏硬度T標(biāo)尺，T標(biāo)尺是HRB、HRF標(biāo)尺的補充，用于測試軟金屬薄材料。
    圖1中只給出了HR30T標(biāo)尺，其實共有HR15T、HR30T、HR45T三個標(biāo)尺可供選擇，選用的規(guī)則也是根據(jù)材料的厚度，厚一些的材料用HR45T標(biāo)尺，薄的材料用HR15T標(biāo)尺。在材料厚度可以滿足要求的條件下，應(yīng)盡量選用大一些的試驗力，這樣有助于提高測試精度。對于T標(biāo)尺測試范圍內(nèi)的高硬度試樣，可測試的最小試樣厚度達到0.15mm。
    圖1作為選用硬度試驗方法的參考非常直觀，十分便于理解和記憶。它是一份重要的、不可多得的技術(shù)資料。
作者：張鳳林
時間：2006.9.10