? 金屬硬度檢測方法?? 硬度是評定金屬材料力學(xué)性能最常用的指標(biāo)之一硬度的實質(zhì)是材料抵抗另一較硬材料壓入的能 力硬度檢測是評價金屬力學(xué)性能最迅速、最經(jīng)濟(jì)、最簡單的一種試驗方法硬度檢測的主要目的就是測 定材料的適用性，或材料為使用目的所進(jìn)行的特殊硬化或軟化處理的效果對于被檢測材料而言，硬度是 代表著在一定壓頭和試驗力作用下所反映出的彈性、塑性、強(qiáng)度、韌性及磨損抗力等多種物理量的綜合性 能由于通過硬度試驗可以反映金屬材料在不同的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和熱處理工藝條件下性能的差異， 因此硬度試驗廣泛應(yīng)用于金屬性能的檢驗、監(jiān)督熱處理工藝質(zhì)量和新材料的研制金屬硬度檢測主要有兩類試驗方法一類是靜態(tài)試驗方法，這類方法試驗力的施加是緩慢而無沖擊的 硬度的測定主要決定于壓痕的深度、壓痕投影面積或壓痕凹印面積的大小靜態(tài)試驗方法包括布氏、洛氏、 維氏、努氏、韋氏、巴氏等其中布、洛、維三種試驗方法是應(yīng)用最廣的，它們是金屬硬度檢測的主要試 驗方法這里的洛氏硬度試驗又是應(yīng)用最多的，它被廣泛用于產(chǎn)品的檢驗，據(jù)統(tǒng)計，目前應(yīng)用中的硬度計70%是洛氏硬度計另一類試驗方法是動態(tài)試驗法，這類方法試驗力的施加是動態(tài)的和沖擊性的這里包括 肖氏和里氏硬度試驗法。

動態(tài)試驗法主要用于大型的，不可移動工件的硬度檢測各種金屬硬度計就是根據(jù)上述試驗方法設(shè)計的下面分別介紹基于各種試驗方法的硬度計的原理、特 點(diǎn)與應(yīng)用1.布氏硬度計（GB/T231.1—2002）1.1 布氏硬度計原理對直徑為 D 的硬質(zhì)合金球壓頭施加規(guī)定的試驗力，使壓頭壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時間后，除去 試驗力，測量試樣表面的壓痕直徑 d，布氏硬度用試驗力除以壓痕表面積的商來計算HB =F / S ……………… (1-1)=F / πDh ……………… (1-2)=0.102×2F / πDh（D－ ） ……………… （1-3） 式中：F —— 試驗力，N；S —— 壓痕表面積，mm； D —— 球壓頭直徑，mm； h —— 壓痕深度， mm； d —— 壓痕直徑，mm1、2 布氏硬度計的特點(diǎn)：布氏硬度試驗的優(yōu)點(diǎn)是其硬度代表性好，由于通常采用的是 10 mm 直徑球壓頭，3000kg 試驗力，其壓 痕面積較大，能反映較大范圍內(nèi)金屬各組成相綜合影響的平均值，而不受個別組成相及微小不均勻度的影響，因此特別適用于測定灰鑄鐵、軸承合金和具有粗大晶粒的金屬材料。

它的試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重現(xiàn)性好， 精度高于洛氏，低于維氏此外布氏硬度值與抗拉強(qiáng)度值之間存在較好的對應(yīng)關(guān)系布氏硬度試驗的缺點(diǎn)是壓痕較大，成品檢驗有困難，試驗過程比洛氏硬度試驗復(fù)雜，測量操作和壓痕 測量都比較費(fèi)時，并且由于壓痕邊緣的凸起、凹陷或圓滑過渡都會使壓痕直徑的測量產(chǎn)生較大誤差，因此 要求操作者具有熟練的試驗技術(shù)和豐富經(jīng)驗，一般要求由專門的實驗員操作1.3 布氏硬度計的應(yīng)用 布氏硬度計主要用于組織不均勻的鍛鋼和鑄鐵的硬度測試，鍛鋼和灰鑄鐵的布氏硬度與拉伸試驗有著較好的對應(yīng)關(guān)系布氏硬度試驗還可用于有色金屬和軟鋼，采用小直徑球壓頭可以測量小尺寸和較薄材料布氏硬度計多用于原材料和半成品的檢測，由于壓痕較大，一般不用于成品檢測1.4 布氏硬度試驗條件的選擇 如同洛氏硬度試驗關(guān)于標(biāo)尺的選擇一樣，布氏硬度試驗也要遇到試驗條件的選擇問題，即試驗力 F 和壓頭球直徑 D 的選擇這種選擇不是任意的，而是要遵循一定的規(guī)則，并且要注意試驗力和壓頭球直徑的 合理搭配，應(yīng)用起來比洛氏硬度試驗略顯復(fù)雜布氏硬度試驗最常用的試驗條件是采用 10mm 直徑的球壓頭，3000kg 試驗力這一條件最能體現(xiàn)布氏 硬度的特點(diǎn)但是由于試樣材質(zhì)不同，硬度不同，試樣大小，薄厚也不同，一種試驗力，一種壓頭自然不 能滿足要求。

在試驗力和壓頭球直徑的選擇方面需要遵循的規(guī)則有 2 個1.4.1 規(guī)則一，要使試驗力和球壓頭直徑的平方之比為一個常數(shù)即 F/D2=F1/D12 = F2/D22 =K ………… （１－４）這個規(guī)則來源于相似律根據(jù)相似律，不同直徑的球壓頭 D1 、D2 在不同的試驗力 F1 、F2 作用下壓 入試樣表面，壓痕直徑 d1、d2 是不同的，但是只要壓入角 ?1、?2 相同，壓痕就具有相似性這時試驗力 和壓頭球直徑的平方之比就是一個常數(shù)在這種條件下，采用不同的試驗力和不同直徑的球壓頭，在同一 試樣上測得的硬度值是相同的，在不同的試樣上測得的硬度值是可以相互比較的試驗力與壓頭球直徑平方之比在采用公斤力的舊標(biāo)準(zhǔn)中表示為 F/D2，在采用牛頓力的新標(biāo)準(zhǔn)中表示為0.102 F/D21.4.2 規(guī)則二，試驗后要使壓痕直徑處于以下范圍：0.24D

布氏硬度試驗可選擇的 0.102F/D2 值為 30、15、10、5、2.5、1 共 6 種表 1－1 布氏硬度試驗條件硬度符號球直徑 D/mm試驗力－壓頭球直徑平方的比率0.102F/D2試驗力 F/NHBW10/3000HBW10/1500HBW10/1000HBW10/500HBW10/250HBW10/100HBW5/750HBW5/250HBW5/125HBW5/62.5HBW5/25HBW2.5/187.5HBW2.5/62.5HBW2.5/31.25HBW2.5/15.625HBW2.5/6.25101010101010555552.52.52.52.52.530151052.51301052.51301052.512942014710980749032452980.7735524521226612.9245.21839612.9306.5153.261.29HBW1/30 1HBW1/10 1HBW1/5 1HBW1/2.5 1HBW1/1 1301052.51294.298.0749.0324.529.807標(biāo)準(zhǔn) GB/T231.1—2002 中規(guī)定試驗力和壓頭直徑平方之比（0.102F/D2）應(yīng)按材料的種類和硬度范圍來選擇，如表 1－2 所示表 1－2.試驗力—壓頭直徑平方之比的選擇材料布氏硬度HRW試驗力-壓頭球直徑平方的比率0.102F/D2鋼、鎳合金、鈦合金30鑄鐵 1）<140≥1401030銅及銅合金<35535~20010>20030輕金屬及合金<352.535~8051015>801015鉛、錫1１）對于鑄鐵的試驗，壓頭球直徑一般為 2.5ｍｍ，5ｍｍ和 10ｍｍ。

標(biāo)準(zhǔn) GB/T231.1—2002 中規(guī)定，對于鋼只有一種選擇，就是 0.102F/D2=30，對于其他材料，根據(jù)其不同的硬度范圍，有 2~3 種 0.102F/D2 值可供選擇1.4.3 布氏硬度試驗條件的選擇過程：0.102F/D2 值，較軟的材料選擇較低的 0.102F/D2 值，鋼鐵材料只選擇 0.102F/D2＝30 一個值1.4.3.2 根據(jù)試樣的厚度和大小選擇壓頭直徑 D 和試驗力 F，對于較厚、較大的試樣，應(yīng)盡量選用 ?10mm 的壓頭和相應(yīng)的試驗力，因為這樣最能體現(xiàn)布氏硬度計的特點(diǎn)對于較薄、較小的試樣，應(yīng)選用較小的壓 頭和較小的試驗力以保證滿足布氏硬度試驗關(guān)于“試樣厚度應(yīng)大于壓痕深度的 8 倍”的要求1.4.3.3 完成上述選擇之后應(yīng)進(jìn)行初步試驗，確定壓痕直徑是否滿足 0.24D

通過測試布氏硬度可以間接得到材料的抗拉強(qiáng)度這一點(diǎn)在生產(chǎn)實際中具有重大意義可以通過測量 硬度的方法得到近似的強(qiáng)度值，這樣既可以提高工作效率，又可以節(jié)省材料部分金屬材料的換算關(guān)系如 1－3 表所示材 料布氏硬度值近似換算關(guān)系鋼125~175＞175σb≈0.343HB×10MN/m2σb≈0.363HB×10MN/m2鑄鋁合金σb≈0.26HB×10MN/m2退火黃銅、青銅σb≈0.55HB×10MN/m2冷加工后的黃銅、青銅σb≈0.40HB×10MN/m22. 洛氏硬度計（GB/T230.1—2004）2.1 洛氏硬度計原理在規(guī)定條件下，將壓頭（金剛石圓錐、鋼球或硬質(zhì)合金球）分 2 個步驟壓入試樣表面卸除主試驗力 后，在初試驗力下測量壓痕殘余深度 h以壓痕殘余深度ｈ代表硬度的高低1—在初始試驗力 F0 下的壓 入深度； 2—在總試驗力 F0+F1 下的壓入深度；3—去除主試驗力 F1 后的彈性回復(fù)深度；4—?dú)堄鄩喝肷疃?h；5—試樣表面；6—測量基準(zhǔn)面；7—壓頭位置洛氏硬度值按下式計算：N－常數(shù)，對于 A、C、D、N、T 標(biāo)尺，N=100；其他標(biāo)尺，N=130； h－殘余壓痕深度，mm； S－常數(shù)，對于洛氏硬度，S=0.002mm，對于表面洛氏硬度，S=0.001mm。