關(guān)于硬度

硬度是材料的重要力學(xué)性能指標(biāo)。 一般材料的硬度越高，其耐磨性越好。材料的強(qiáng)度越高，塑形變形抗力越大，硬度值也越高。

硬度大致被分為三大類：壓痕硬度（包括維氏硬度、布氏硬度和洛氏硬度）、劃痕硬度（包括莫氏硬度和馬氏硬度）和回彈硬度（包括邵氏硬度）。根據(jù)對象的不同，選擇合適的類型。由于洛氏硬度測量方法較為簡便，且能夠高效、高精度的完成硬度測量，壓痕小不損傷工件表面，所以多用于工業(yè)部件的硬度測量。另外，與其他硬度測試相比，能夠廣泛應(yīng)用于從塑料等軟質(zhì)材料到超硬合金等高硬度材料的測量，也是其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。洛氏硬度起源于20世紀(jì)初，洛氏硬度測試的名稱，是源自這一測試方法的發(fā)明人，美國球軸承制造商的工程師洛克威爾(S.P.Rockwell)。關(guān)于硬度值表示洛氏硬度的標(biāo)注方法如 70HRC 所示。即，按照　　硬度值、HR、標(biāo)尺的順序標(biāo)注。

例如，標(biāo)注為60.5HRC、45HRB等。標(biāo)尺是根據(jù)進(jìn)行硬度測試時(shí)所使用的壓頭（按壓在試樣上的測量頭）種類以及試驗(yàn)力而予以規(guī)定。

關(guān)于壓頭類型執(zhí)行洛氏硬度測試時(shí)，通常使用 5 種不同壓頭中的 1 種： 金剛石錐形、鎢球（尺寸 1/16”、1/8”、1/4” 或1/2”），如下圖所示。關(guān)于標(biāo)尺選擇

洛氏硬度試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)力和壓頭的不同組合，有多種標(biāo)尺可以選擇，不同的標(biāo)尺用于測試不同硬度范圍或尺寸范圍的材料。

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，對應(yīng)于洛氏硬度的9個(gè)標(biāo)尺：A、B、C、D、E、F、G、H和K。 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。根據(jù)材料類型和測試要求之間的關(guān)系可選擇的洛氏硬度標(biāo)尺如表1所示。

其中Zui常用標(biāo)尺是C、B、A和F

標(biāo)尺	壓頭	試驗(yàn)力（ N ）
A標(biāo)尺	頂端曲率半徑0.2mm、圓錐角120°的金剛石	588.4
C標(biāo)尺	同上	1471
B標(biāo)尺	鋼球或硬質(zhì)合金球　直徑1.5875mm	980.7
F標(biāo)尺	鋼球或硬質(zhì)合金球　直徑1.5875mm	588.4

其中 A標(biāo)尺 適用于測量硬質(zhì)合金、表面硬化鋼及較薄零件。B標(biāo)尺 適用于測量有色金屬（較硬的銅合金）、退火和正火鋼、軟鋼、部分不銹鋼及鍛鐵等。

C標(biāo)尺適用于測量淬火鋼、回火鋼、調(diào)質(zhì)鋼和部分不銹鋼等。這是金屬加工行業(yè)應(yīng)用Zui多的硬度試驗(yàn)方法。

F標(biāo)尺適用于測試純銅、較軟的銅合金和硬鋁合金。

表面洛氏硬度試驗(yàn)采用三種試驗(yàn)力，兩種壓頭，它們有6種組合，對應(yīng)于表面洛氏硬度的6個(gè)標(biāo)尺，如表2所示。表面洛氏硬度試驗(yàn)是對洛氏硬度試驗(yàn)的一種補(bǔ)充，在采用洛氏硬度試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)遇到材料較薄，試樣較小，表面硬化層較淺或測試表面鍍覆層時(shí)，就應(yīng)改用表面洛氏硬度試驗(yàn)。這時(shí)采用與洛氏硬度試驗(yàn)相同的壓頭，采用只有洛氏硬度試驗(yàn)幾分之一大小的試驗(yàn)力，就可以在上述試樣上得到有效的硬度試驗(yàn)結(jié)果。表面洛氏硬度的N標(biāo)尺適用于類似洛氏硬度的HRC、HRA和HRD測試的材料；T標(biāo)尺適用于類似洛氏硬度的HRB、HRF和HRG測試的材料。關(guān)于測試過程洛氏硬度是以壓痕塑性變形深度來確定硬度值的指標(biāo)，以0.002毫米作為一個(gè)硬度單位，如下圖所示。

洛氏硬度檢測法采用120°金剛石圓錐或硬質(zhì)合金球（規(guī)定直徑的）作為壓頭， 對材料表面施加初始試驗(yàn)力，得壓痕深度h1；然后對材料表面施加主試驗(yàn)力，再卸掉主試驗(yàn)力（ 返回初試驗(yàn)力 ），得壓痕深度h2；計(jì)算深度差h=h2-h1，并由公式算出洛氏硬度值。

洛氏硬度測試計(jì)算公式可通過測量金剛石或碳化鎢球所形成的壓痕深度來進(jìn)行洛氏硬度測試計(jì)算 (HR)。根據(jù)壓頭的不同，洛氏硬度值的不同的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式如下：

關(guān)于試樣處理

采用洛氏硬度測試方法時(shí)，需要根據(jù)不同的標(biāo)尺和樣品情況來對試樣表面進(jìn)行處理。常規(guī)洛氏：細(xì)磨光表面就可以達(dá)到要求表面洛氏：推薦拋光表面（≤3um）關(guān)于壓痕位置壓痕距離邊緣至少為壓痕直徑的2.5倍(并且ISO6508規(guī)定距離邊緣不小于1mm)，兩壓痕之間的距離至少為壓痕直徑的3倍。關(guān)于樣品厚度洛氏硬度測試對樣品尺寸有要求，樣品厚度不能小于殘余壓痕深度的10倍，且背面不能出現(xiàn)明顯的變形痕跡。由此樣品的厚度決定了載荷的選擇，載荷必須保證其所引起的變形小于樣品的Zui小厚度。 對于每一種硬度試驗(yàn)，都存在Zui小可測量厚度 。根據(jù)不同壓頭類型，分別為：?  使用金剛石壓頭時(shí)，樣品Zui小厚度為壓痕深度的10倍?  對球壓頭，樣品Zui小厚度至少為壓痕深度的15倍關(guān)于主要誤差來源- 壓頭jianduan破裂(通常導(dǎo)致硬度讀數(shù)偏高)- 被測試材料或者夾具軌道的變形(通常導(dǎo)致硬度讀數(shù)偏低)- 過大的振動(dòng)(通常導(dǎo)致硬度讀數(shù)偏低)- 表面制備質(zhì)量差(注意制備也包括測試零件的底部和試臺(tái))- 壓頭和樣品表面的壓入角度(不能超過2° 偏差)關(guān)于測試優(yōu)勢與局限性優(yōu)勢

不需要通過光學(xué)測量就可以得到硬度值

快速簡單

不同操作者對結(jié)果影響不大

表面粗糙度對結(jié)果影響較小

局限性

標(biāo)尺太多，不同的壓頭和試驗(yàn)力的組合

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

詳細(xì)測試方法在以下標(biāo)準(zhǔn)中予以規(guī)定：JISZ2245“洛氏硬度試驗(yàn)方法”；GB/T 230.1“金屬材料 洛氏硬度試驗(yàn) 第1部分： 試驗(yàn)方法”；ISO 6508-1 Metallic materials Rockwell hardnesstest；ASTM E18 Standard Test Methods for Rockwell Hardness and RockwellSuperficial Hardness of Metallic Materials。附錄

洛氏硬度各標(biāo)尺所對應(yīng)的壓頭、負(fù)荷和適用情況

標(biāo) 尺	壓 頭	負(fù) 荷	標(biāo)準(zhǔn)塊的硬度范圍	適 用 舉 例
A	金剛石壓頭-圓錐角為120度頂端球面半徑0.2mm	588	(20~88)HRA	硬質(zhì)合金、滲碳鋼
D		980	(40~77)HRD	薄鋼、表面淬火鋼
C		1471	(20~70)HRC	淬火鋼,調(diào)質(zhì)鋼,硬鑄鐵
F	鋼球壓頭-直徑為1.5875mm	588	(60~100)HRF	退火銅合金,薄軟鋼
B		980	(20~100)HRB	軟鋼,鋁合金,可鍛鑄鐵
G		1471	(30~94)HRG	銅、鎳、鋅合金
H	鋼球壓頭-直徑為3.175mm	588	(80~100)HRH	退火銅合金
E		980	(70~100)HRE	鋁,鎂合金,軟鋼,鑄鐵
K		1471	(40~100)HRK	鋁,鋅,鉛,青銅,鈹青銅
15N	金剛石壓頭-圓錐角為120度頂端球面半徑0.2mm	147	(70~91)HR15N	氮化鋼,各種薄鋼板,滲碳鋼,刀子和其他零件邊緣部分和表面部分
30N		294	(42~80)HR30N
45N		441	(20~70)HR45N
15T	鋼球壓頭-直徑為1.5875mm	147	(73~93)HR15T	軟鋼，黃銅，青銅，鋁合金等薄板
30T		294	(43~82)HR30T
45T		441	(12~72)HR45T
M	鋼球壓頭-直徑為3.175mm	980	(85~110)HRM	硬塑料、硬橡膠，鋁、錫、銅、軟鋼、合成樹脂及磨擦材料等
L		1471	(100~120)HRL
R	直徑為3.175mm	588	(114~125)HRR

從表中可以看到使用金剛石壓頭做試驗(yàn)的，相應(yīng)的硬度較高，鋼球的直徑越大相對試件的硬度越低，試驗(yàn)力越大被測試件的硬度越高。