发布时间 : 星期一 文章钢的淬透性测定更新完毕开始阅读
HB＝P/ F凹
式中 HB——布氏硬度； P——施加外力，N； F凹——压痕面积，mm2.
根据压良面积和球面之比等于压痕深度h和钢球直径之比的几何关系，可知压痕部分的球面面积为：
F凹＝πDh 式中 D——钢球直径，mm； H——压痕深度，mm。
由于测量压痕直径d要比测定压痕深度h容易，故可将式中的h改换成d来表示，这样可以根据几何关系求出：
(D/2)-h=[(D/2)2-(d/2)2]1/2
H=[D-(D2-d2)1/2]/2
得：
HB?
P2P?2 2 F?D(D?D?d)当试验力是P的单位是N时
P 0.102P0.204HB??F?D(D?D2?d2)
式中的d是变数，故只需测出压痕直径d，根据已知D和P值就可以计算出HB值。在实际测量时，可由压痕直径d直接查表得到HB值。
由于金属材料有硬有软，所测工件有厚有薄，若只采用同一种栽荷（如29400N）和同一个钢球直径（如D＝10mm）时，则对有些试样合适，而对另一些试样可能不合适，会发生整个钢球陷入金属中的现象；若对于厚的试样合适，则对于薄的试样可能会出现压透的可能。所以在测定不同的材料布氏硬度值时要求有不同载荷P和不同直径D的钢球。为了得到统一的、可以进行相互比较的数值，必须使D和P之间维持某一比值关系，以保证所得到的压痕形状的几何相似关系，其必要条件就是使压入角φ保持不变。根据相似原理由图23-1中可知d和φ的关系是：
以此代入得：
D?dsin?222 d ? D sin ?
2HB?
P[2D2 ]
??(1?1?sin2)2
上式说明，当φ值为常数时，为使HB相同，P／D2也应保持为一定值。因此对同一材料而言，不论采用何种大小的载荷和钢球直径，只要能满足P／D2＝常数，所得到的HB值是一样的。对不同的材料来说，得到的HB值也可以进行比较。按照国标GB231—88的规定，P／D2比值有30、10和2.5三种。
图23-1 布氏硬度的原理说明
试样的表面应呈光滑平面，无氧化皮、无油污，在加工制作过程中不应因受热或加工硬化而改变其硬度。
试样厚度不应小于压痕深度的10倍。
压痕中心距试样边缘的距离不小于压痕直径的2.5倍，而距相邻压痕中心的距离不小于压痕直径的4倍。
对试样进行加载之后，卸去载荷，取下试样，用读数显微镜测量压痕直径，精确到小数点后两位数的毫米值。
实验后压痕直径大小应在下列范围之内：
0.25D 如不符合上述条件时，认为试验结果无效。此时应选择相应的负荷重新试验。试验后试样边缘与试样背面呈现变形痕迹，则试验无效。也应重新选择试验条件再做。压痕直径应从相互垂直的两个方向测量，并取其算术平均值。压痕直径之差应不大于较小直径的2％。 目前布氏硬度的表示仍然用kg/mm2为单位，主要考虑到硬度值与过去的数据进行比较时的方便。 （二）洛氏硬度 洛氏硬度试验常用的压头为圆锥角α＝120o、顶部曲率半径为了。2mm的金刚石圆锥体或直径D＝1.588mm的淬火钢球。试验时（图23-2），先对试样施加初试验力F0，在金属表面得一压痕深度h0，以些作为测量压痕的基线。随后再加上主试验力F1，此时压痕深度的增量为h1。金属在F1作用下产生的总变形h1中包括弹性变形和塑性变形。当将F0卸除后，总变形中的弹性变形恢复，使压头回升一段距离。于是得到金属在F0作用下的残余压痕深 度h（将此压痕深度h表示成e其值以0.002mm为单位表示）。E值愈大表明金属洛氏硬度愈低；反之，则表明硬度愈高。为了照顾习惯上数值愈大硬度愈高的概念，故用一个常数k减去e来表示洛氏硬度值，并以符号HR表示，即 HR＝k－e 当使用金刚石圆锥体压头时，常数k定为100；当使用淬火钢球压头时，常数k为130。 实际测定洛氏硬度时，由于在硬度计的压头上方装有百分表，可直接测出压痕深度，并换算出相应的硬度值。因此，在试验过程中金属的洛氏硬度值可直接读出。为了测定软硬不同的洛氏硬度标尺。每一种标尺用一个字母在HR后注明。我国最常用的标尺有A、B、C三种，其硬度值的符号分别用HRA、HRB、HRC表示。 由于洛氏硬度试验力比较大，不宜用于测定极薄的工件及渗层或镀层的硬度。为此，人们应用洛氏硬度试验原理，减小试验力，设计出一种表面洛氏硬度计试验的残余压痕深度增量e以0.001mm为单位表示。 无论用洛氏硬度或表面洛氏硬度所测定的硬度值都写在洛氏硬度符号之后，如：HRC61.5、HRB90、HR15N85、HR30T75等。 （三）维氏硬度 维氏硬度的试验原理与布氏硬度相同，也是根据压痕单位面积所承受的试验力来表示维氏硬度值。所不同的是维氏硬度用的压头不是球体而是两对而夹角a＝136o的金刚石四棱锥体。压头在试验力F（单位是kgf或N）作用下，将试样表面压一个四棱锥形压痕，经规定时间体质载荷之后，卸除试验力，用读数显微镜测出压痕对角线平均长度d d=[(d1+d2)/2] 式中d1和d2分别是两个不同方向的对角线长度，用以计算压痕的表面积。所以维氏硬度值（HV）就是试验力P除以压痕表面积F所得的商。当试验力P为kgf(9.8N)时计算公式如下： 图23-2 洛氏硬度试验原理 P2Psin(136o/2)PHV???1.8544Fd2d2 当试验力P为N时计算公式如下： 0.102P0.204Psin(136o/2)PHV???0.1891Fd2d2 与布氏硬度一样，维氏硬度值也不标注单位。维氏硬度值的表示方法是：在HV前书写硬度值，HV后按顺序用数字表示试验条件（试验力／试验力保持时间，保持时间为10～15s都不标）。例如640HV30／20表示用30kgf(294N)试验力保持20s测定的维氏硬度值为640。如果试验力为1kgf(9.8N)，试验加载保持10～15s，测得的硬度值为560，则可表示为560HV1。 维氏硬度试验的试验力为5（49）～100（980）kgf（N）；小负荷维氏硬度试验的试验力为0.2（1.96）～<5(49)kgf(N)可根据试样材料的硬度范围和厚度来选择。其选择原则应保证试验后压痕深度h小于试样厚度（或表面层厚度）的1／10。 在一般情况下，建议选用试验力30kgf（294N）。当被测金属试样组织较粗大时，也可选用较大试验力。但当材料硬度≥500HV时，不宜选用大试验力，以免损坏压头。试样力的保持时间选择，黑色金属10～15s，有色金属30±2s。 （四）金属显微硬度试验法 金属显微硬度试验原理与宏观维氏硬度试验法完全相同。只不过所用试验力比小负荷试验力维氏硬度试验时还要小，通常在0.01～0.2kgf(0.098～1.96N)范围内。所得压痕对角线也只有几微米到几十微米。因此，显微硬度是研究金属微观组织性能的重要手段。常用于测定合金中不同的相、表面硬化层、化学热处理渗层、镀层及金属箔等的显微硬度。 金属显微硬度的符号、硬度值的计算公式和表示方法与宏观维氏硬度试验法完全相同。金属显微硬度试验的试验力，分为0.01（98×10-3）、0.02（1.96）、0.05（0.49）、0.1（0.98）及0.2（1.96）kgf(N)等五级。尽可能选用较大的试验力进行试验。 （五）硬度试验方法的正确选用 根据试样的材料、工艺状态及几何尺寸等特点，选用一种合适的硬度试验方法，这是进行硬度试验时首先应认真考虑的问题。可以从以下几个方面进行考虑，供选择时参考。 1、布氏、洛氏、维氏硬度试验方法都可以测定软硬不同及厚薄不一的试样的硬度，但其所测定硬度值应在该方法允许的范围之内。例如，布氏硬度试验用钢球做压头时，所测材料的布氏硬度应小于450HBS，若用硬质合金球做压头时则可测得650HBW以下材料的硬度。又如，用洛氏硬度C标尺所测得硬度范围应在HRC20～67之间，若材料硬度小于HRC20，则应选用B标尺，若大于HRC67，则应选用A标尺。 2、尽管选用常用的各种硬度试验方法都可以对软硬不同、厚薄不一的试样测定硬度，但在实际生产和科研中，根据人们的经验及已经积累大量硬度试验数据来看，对上述几种硬度试验方法的选用还是有所侧重的。例如，对于各种铸铁、热轧和正火钢材、各种有色金属及其合金、轴承合金等硬度较低或金相组织较为粗大的材料常用布氏硬度；对于淬火后进行