2023-02-28
不銹鋼材料的硬度是不銹鋼重要機(jī)械性能指標(biāo)之一,一般硬度越高,耐磨性越好。常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。
(注:數(shù)據(jù)來自德國標(biāo)準(zhǔn)DIN50150)
硬度是指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)。
按測試方法的不同,硬度分為三種類型。
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,將被測材料沿棒劃過,根據(jù)出現(xiàn)劃痕的位置確定被測材料的軟硬。定性地說,硬物體劃出的劃痕長,軟物體劃出的劃痕短。
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)定的壓頭壓入被測材料,以材料表面局部塑性變形的大小比較被測材料的軟硬。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。
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材料的試樣,并以試樣在沖擊過程中儲(chǔ)存(繼而釋放)應(yīng)變能的多少(通過小錘的回跳高度測定)確定材料的硬度。
金屬材料最常見到的布氏硬度、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)測量硬度,硬度值代表金屬彈性變形功能的大小。
布氏硬度 Brinell Hardness
用直徑D的硬質(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HBW表示。
布氏硬度測量法適用于鑄鐵、非鐵合金、各種退火及調(diào)質(zhì)的鋼材,不宜測定太硬、太小、太薄和表面不允許有較大壓痕的試樣或工件。
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。
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。
洛氏硬度試驗(yàn)操作簡便、迅速、壓痕小,可測試成品表面及較硬、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。洛氏硬度用于測定鋼鐵、有色金屬、硬質(zhì)合金等的硬度。
維氏硬度 Vickers Hardness
維氏硬度測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。
維氏硬度測量范圍大,可測量硬度為10~1000HV范圍的材料,壓痕小,一般用來測量較薄的材料和滲碳、滲氮等表面硬化層。
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。
里氏硬度儀無需工作臺(tái),其硬度傳感器小如一只筆,可用手直接操作,無論是大、重型工件還是幾何尺寸復(fù)雜的工件都能容易地檢測。
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)可作為無損檢測;對(duì)各個(gè)方向,窄小空間及特殊部位硬度測試具有獨(dú)特性。