文档介绍：第十四章各种硬度计的原理、构造及应用与材料的关系硬度反映了材料弹塑性变形特性, 是一项重要的力学性能指标。与其他力学性能的测试方法相比,硬度试验具有下列优点:试样制备简单,可在各种不同尺寸的试样上进行试验, 试验后试样基本不受破坏; 设备简便, 操作方便, 测量速度快; 硬度与强度之间有近似的换算关系, 根据测出的硬度值就可以粗略地估算强度极限值。所以硬度试验在实际中得到广泛地应用。硬度测定是指反一定的形状和尺寸的较硬物体( 压头) 以一定压力接触材料表面, 测定材料在变形过程中所表面出来的抗力。有的硬度表示了材料抵抗塑性变形的能力( 如不同载荷压入硬度测试法), 有的硬度表示材料抵抗弹性变形的能力( 如肖氏硬度)。通常压入载荷大于 (1kgf) 时测试的硬度叫宏观硬度, 压力载荷小于 (1kgf) 时测试的硬度叫微观硬度。前者用于较在尺寸的试件, 希反映材料宏观范围性能; 后者用于小而薄的试件, 希反映微小区域的性能,如显微组织中不同的相的硬度,材料表面的硬度等。硬度计的种类很多,这里重点介绍最常用的洛氏、布氏、维氏和显微硬度测试法。洛氏硬度测试法一、洛氏硬度的测量原理洛氏硬度测量法是最常用的硬度试验方法之一。它是用压头( 金刚石圆锥或淬火钢球)在载荷( 包括预载荷和主载荷) 作用下, 压入材料的塑性变形浓度来表示的。通常压入材料的深度越大,材料越软;压入的浓度越小,材料越硬。图 14-1 表示了洛氏硬度的测量原理。图中: 0-0 :未加载荷,压头未接触试件时的位置。 1-1 : 压头在预载荷 P 0 () 作用下压入试件深度为 h 0 时的位置。h 0 包括预载所相起的弹形变形和塑性变形。 2-2 :加主载荷 P 1 后,压头在总载荷 P= P 0+P 1 的作用下压入试件的位置。 3-3 :去除主载荷 P 1 后但仍保留预载荷 P 0 时压头的位置,压头压入试样的深度为 h 1。由于P 1 所产生的弹性变形被消除, 所以压头位置提高了 h, 此时压头受主载荷作用实际压入的浓度为 h= h 1-h 0 。实际代表主载 P 1 造成的塑性变形深度。 h 值越大,说明试件越软, h 值越小,说明试件越硬。为了适应人们****惯上数值越大硬度越高的概念,人为规定,用一常数 K 减去压痕深度 h 的数值来表示硬度的高低。并规定为一个洛氏硬度单位,用符号 HR 表示,则洛氏硬度值为: (14-1) 此值为无量纲数。测量时可直接在表盘上读出。表盘上有红、黑两种刻度,红色的 30 和黑色的 0 相重合。使用金刚石圆锥压头时,常数 K为 ,硬度值由黑色表盘表示,此时(14-2) 使用钢球(Φ=) 压头时,常数 K为 ,硬度值由红色表盘表示,此时(14-3) 洛氏硬度计的压头共有 5 种,其中最常用的有两种:一种是顶角为 120 ° 的金刚石圆锥压头, 用来测试高硬度的材料; 另一种是直径为的淬火钢球, 用来测软材料的硬度。对于特别软的材料,有时还使用直径为、、的钢球作压头,不过这几种比较少用。为了扩大洛氏硬度的测量范围, 可用不同的压头和不同的总载荷配成不同标度的洛氏硬度。洛氏硬度共有 15 种标度供选择, 它们分别为: HRA , HRB , HRC , HRD , HRE , HRF , HRG , HRH , HRK , HRL , HRM , HRP , HRR , HRS , HRV 。其中常用的几种标度列表如下: 表 14-1 各种洛氏硬度值的符号及应用标度符号压头总载荷 N(kg) 表盘上刻度颜色常用硬度值范围应用举例 HRA 金刚石圆锥 (60) 黑色 70~85 碳化物、硬质合金、表面淬火钢等 HRB 钢球 981(100) 红色 25~100 软钢、退火钢、铜合金 HRC 金刚石圆锥 (150) 黑色 20~67 淬火钢、调质钢等 HRD 金刚石圆锥 981(100) 黑色 40~77 薄钢板、中等厚度的表面硬化工件 HRE 钢球 981(100) 红色 70~100 铸铁、铝、镁合金、轴承合金 HRF 钢球 (60) 红色 40~100 薄板软钢、退火铜合金 HRG 钢球 (150) 红色 31~94 磷青铜、铍青铜 HRH 钢球 (60) 红色铝、锌、铅二、洛氏硬度计的构造洛氏硬度计种类很多,构造各不相同,但构造原理及主要部件都相同。图 14-2 表示了洛氏硬度计的机构构造原理,其他静力载荷测定法的硬度计的构造原理基本与此相同。图 14-3 为硬度计的外形图。图 14-2 洛氏硬度计机构示意