1、第四章材料的硬度，4.1序言古代，利用固體徐璐雕刻，區(qū)分材料的硬度，仍然用于表示材料的硬度。硬度值的大小取決于材料的特性、成分和微結(jié)構(gòu)，如果測(cè)量方法和條件不符合統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，則不會(huì)反映實(shí)際硬度。還沒有對(duì)經(jīng)度的統(tǒng)一、準(zhǔn)確的物理定義。硬度測(cè)量簡(jiǎn)單，表面損傷小，基本屬于“無損”檢查的范疇。測(cè)定硬度的方法有多種，主要有壓法、跳法、刻印法等三種。4.2副氏硬度壓壓法硬度：的硬度、羅氏硬度、比氏硬度表征了材料表面抵抗外來物壓磷時(shí)產(chǎn)生塑性變形的能力。4.2.1布氏硬度測(cè)量的原理和方法壓力定義為將硬化鋼球或硬質(zhì)合金球壓頭推入試樣表面，保持規(guī)定的時(shí)間后消除壓力，在試樣表面留下壓痕，單位壓表面施加的平均壓力定義為布氏

2、硬度值。應(yīng)用壓力P、壓力頭直徑D、壓痕深度H或直徑D，以kgf/mm2(通常未標(biāo)注)為單位計(jì)算副氏硬度值。(4-1)公式表明，壓力和壓頭直徑恒定時(shí)，壓頭直徑越大，布氏硬度值越低，變形阻力越小。相反，布氏硬度值較高。由于不同材料的硬度不同，試樣的厚度不同，因此測(cè)量副氏硬度時(shí)必須使用直徑不同的壓頭和壓力。要在同一材料中測(cè)量相同的副氏硬度，或徐璐比較在不同材料中測(cè)量的硬度，壓痕的形狀必須幾何相似，擠壓角度必須相同。如果希望布氏硬度相同時(shí)壓痕角度相同，則P/D2必須為常數(shù)。GB231-84根據(jù)材質(zhì)類型和布氏硬度范圍規(guī)定了7茄子P/D2值。表4-1所示。壓頭直徑選擇：試件的厚度必須大于壓頭深度的10倍。

3、選擇盡可能大的直徑的壓力頭。根據(jù)材料和經(jīng)度范圍，參考表4-1選擇P/D2。測(cè)試負(fù)載壓力垂直于試件表面，均勻穩(wěn)定，無沖擊。壓力作用下的維持時(shí)間對(duì)黑色金屬規(guī)定為10秒，有色金屬規(guī)定為30秒，對(duì)HB35規(guī)定為60秒。壓痕直徑D不在0.25 0.6 D范圍內(nèi)。符號(hào)表示：壓頭為硬化鋼球，HBS是；壓頭是硬質(zhì)合金球，HBW HBS或HBW前面的數(shù)字表示經(jīng)度值，后面的數(shù)字表示壓頭直徑、壓力和保持時(shí)間。例如：150HBSl0300030以10mm直徑淬火鋼絲球，加壓3000kgf，保持30s，測(cè)量的副氏硬度值為150。500HBW5750是硬質(zhì)合金球，壓頭輕5毫米，加壓750kgf，保持10-15秒(10-1

4、5，無標(biāo)記)，并以500測(cè)量副氏硬度。4.2.2副氏硬度的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，壓緊面積大，反映了大范圍材料各組構(gòu)成階段的綜合平均性能，不受個(gè)別和微區(qū)不平衡的影響。布氏硬度分散性小，重復(fù)性適合測(cè)量灰口鑄鐵、軸承合金等粗晶粒或粗成分材料的硬度。已證明在特定條件下，布氏硬度和抗拉強(qiáng)度之間存在以下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系b=k HB (4-3)表達(dá)式中，K作為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)取決于材料：表4-2列出了典型金屬材料的拉伸強(qiáng)度和HB的比例常數(shù)。壓痕很大，所以在實(shí)際零件表面、薄壁零件、表面硬化層測(cè)量布氏硬度時(shí)，會(huì)渡邊杏。擠壓鋼球測(cè)定HB450的材料硬度。硬質(zhì)合金球可達(dá)壓頭，測(cè)量的硬度為650HB，4.3LO硬度，4.3.1 LO硬度測(cè)

5、量的原理和方法LO硬度直接測(cè)量壓痕深度，壓痕越淺，材料越硬，常用的壓頭：頂點(diǎn)角度為1200的鉆石圓錐直徑為1.588毫米(116英寸)的鋼球壓頭。字典壓力主壓力=總壓力，總壓力取決于材料的平滑度。施加與其他壓力頭不同的總壓力，構(gòu)成其他洛氏硬度標(biāo)尺。在三種常用的茄子標(biāo)尺中，c標(biāo)尺最常見：a、b和c。將牙齒三個(gè)茄子標(biāo)尺的經(jīng)度記錄為HRA、HRB和HRC。測(cè)量HRC使用金剛石壓頭，最好先加入10kgf試樣，將材料表面的深度按t0。此時(shí)，撥號(hào)的指針指向0點(diǎn)(請(qǐng)參閱圖4-3(a)。然后加上140kgf主負(fù)載，壓力頭壓在表面的深度為t1，表盤上的指針逆時(shí)針移動(dòng)到相應(yīng)的刻度(見圖4-3(b)。卸載主載荷后，

6、恢復(fù)表面變形的彈性部分，壓頭升高一定距離(t1-t)，撥片上的指針相應(yīng)旋轉(zhuǎn)(見圖4-3(c)。最后，詩(shī)篇表面殘留的壓深為T。為了符合人的思維，即數(shù)字越大越硬，規(guī)定：t0.2mm，HRC 0；T0，HRC100，按下深度每增加0.002mm，HRC就會(huì)減少1個(gè)單位。因此，HRC(0.2-T)0.002(100-T)0.002(4-4)，圖4-3是硬度測(cè)試過程的示意圖，4.3.2是硬度的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)：硬度試件表面的損傷較小，可用于成品零件的質(zhì)量檢查。施加預(yù)載荷可以消除表面輕微不平衡對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。缺點(diǎn)：其他標(biāo)尺的洛氏硬度值不能徐璐比較。由于縮進(jìn)小，洛氏硬度對(duì)材料組織的不均勻性很敏感，測(cè)試結(jié)

7、果比較分散，重復(fù)性差。4.3.3表面洛氏硬度、洛氏硬度施加的壓力大，渡邊杏用于測(cè)量極薄的工件和表面硬化層。開發(fā)了表面洛氏硬度試驗(yàn)。與常規(guī)洛氏硬度有很大區(qū)別：1)預(yù)載荷為3kgf(29.42N)，總載荷較小。分別為15kgf、30kgf、45 kgf(441.3n)t0.1 mm，洛氏硬度為0，深度增加0.001mm，4.4比氏硬度、4.4.1比氏硬度測(cè)量的原理和方法比氏硬度測(cè)量的原理和方法基本上與布氏硬度相同，并根據(jù)壓入表面的壓力定義硬度值。用于測(cè)量比氏硬度的壓頭是用金剛石制成的方形錐形，兩相對(duì)面之間的角度為1360，載荷較小。測(cè)量已知負(fù)載P，壓痕兩個(gè)對(duì)角長(zhǎng)度后，取得平均D，kgf/mm2(無

8、一般標(biāo)注)HV=1.8544P/d2負(fù)載計(jì)算為5kgf、10kgf、20kgf、30kgf、500。維氏硬度的顯示與次氏硬度相同(例如，640HV3020，第一個(gè)數(shù)字是經(jīng)度值，接下來的數(shù)字是載荷/保持時(shí)間)。4.4.2比氏硬度的特征和應(yīng)用比氏硬度測(cè)試使用方形圓錐壓力頭，各種負(fù)載作用產(chǎn)生的壓痕形狀相似，負(fù)載大小可任意選擇，產(chǎn)生的硬度值全部相同。不受布氏法中那種負(fù)載P和阿卜杜勒D的規(guī)定條件限制。測(cè)量范圍比較大，硬件和軟件材料都可以測(cè)量。壓痕是輪廓清晰的正方形，容易準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)角線長(zhǎng)度，準(zhǔn)確度高于布氏法。如果材料的硬度小于450HV，則維氏硬度值幾乎等于布氏硬度值。4.5顯微硬度、布、羅、維氏三種茄子

9、硬度實(shí)驗(yàn)只能用組織的平均硬度值來測(cè)量最小范圍的硬度，需要進(jìn)行顯微硬度實(shí)驗(yàn)(如結(jié)晶)牙齒，4.5.1微維氏硬度微維氏硬度實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是小負(fù)載的非氏硬度實(shí)驗(yàn)，其測(cè)試原理與非氏硬度實(shí)驗(yàn)相同，仍然用HV表示。測(cè)試載荷較小，載荷與壓痕之間的關(guān)系不一定符合維氏硬度試驗(yàn)和幾何相似原理，為了進(jìn)行比較，必須顯示載荷大小。例如，340HV0.1測(cè)量負(fù)載為0.1kgf的比氏顯微鏡圖為340，340HV0.05測(cè)量負(fù)載為0.05kgf的硬度為340。4.5表示長(zhǎng)方形金剛石壓頭，兩角為172.50，兩角為1300(見圖4-6)。壓痕是長(zhǎng)對(duì)角線比短對(duì)角線長(zhǎng)度大7倍，努氏硬度值定義了與維氏硬度不同，對(duì)單位壓投影區(qū)域施加的力。已知載荷P、壓長(zhǎng)對(duì)角線長(zhǎng)度L、努氏硬度值(HK) HK14.22P/L2 (4-9)努氏硬度試驗(yàn)法沒有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試載荷通常為1-50N。根據(jù)金獎(jiǎng)詩(shī)篇的要求準(zhǔn)備詩(shī)篇。壓痕淺、細(xì)、長(zhǎng)，優(yōu)于比氏法。適用于測(cè)量極層或極薄的零件、絲綢、皮帶等細(xì)長(zhǎng)零件，以及玻璃、瑪瑙、陶瓷等硬脆材料的硬度。測(cè)量準(zhǔn)確度和對(duì)表面狀態(tài)的敏感度也很高。4.5.3顯微鏡也有實(shí)驗(yàn)特征和應(yīng)用特征：1)負(fù)載小，壓痕很小，幾乎不損傷試樣，易于測(cè)量小區(qū)域的硬度值。靈敏度高。4.6肖氏硬度(跳硬度)原理：鉆石圓頭或鋼珠球的標(biāo)準(zhǔn)沖頭從一定高度h0自由下落到試樣表面，由于試樣的