各种硬度计的原理及应用

硬度计

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9.81N(1kgf)时测试的硬度叫宏观硬度,压力载荷小于9.81N(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。 14.1 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。

各种硬度计的原理及应用

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P0(98.1N)作用下压入试件深度为h0时的位置。h0包括预载所相起的弹形变形和塑性变形。

2-2:加主载荷P1后,压头在总载荷P= P0+ P1的作用下压入试件的位置。

3-3:去除主载荷P1后但仍保留预载荷P0时压头的位置,压头压入试样的深度为h1。由于P1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= h1- h0。实际代表主载P1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。为了适应人们习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0.002mm为一个洛氏硬度单位,用符号HR表示,则洛氏硬度值为:

0.00 2 (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0.2mm,硬度值由黑色表盘表示,此时

HR

K h

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