金屬材料硬度計的單位選擇
發布時間：2021-03-11
金屬材料抵抗硬的物體壓陷表面的能力，稱為硬度。經過PVD鍍膜機涂層后根據需要也需要測試硬度，根據試驗方法和適用范圍不同，硬度又可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度、顯微硬度和高溫硬度等。對于管材一般常用的有布氏、洛氏、維氏硬度三種。
A、布氏硬度（HB）
用一定直徑的鋼球或硬質合金球，以規定的試驗力（F）壓入式樣表面，經規定保持時間后卸除試驗力，測量試樣表面的壓痕直徑（L）。布氏硬度值是以試驗力除以壓痕球形表面積所得的商。以HBS（鋼球）表示，單位為N/mm2(MPa)。
其計算公式為：
式中：F--壓入金屬試樣表面的試驗力，N；
D--試驗用鋼球直徑，mm；
d--壓痕平均直徑，mm。
測定布氏硬度較準確可靠，但一般HBS只適用于450N/mm2（MPa）以下的金屬材料，對于較硬的鋼或較薄的板材不適用。在鋼管標準中，布氏硬度用途最廣，往往以壓痕直徑d來表示該材料的硬度，既直觀，又方便。
舉例：120HBS10/1000130：表示用直徑10mm鋼球在1000Kgf（9.807KN）試驗力作用下，保持30s（秒）測得的布氏硬度值為120N/
mm2（MPa）。
B、洛氏硬度（HK）
洛氏硬度試驗同布氏硬度試驗一樣，都是壓痕試驗方法。不同的是，它是測量壓痕的深度。即，在初邕試驗力（Fo）及總試驗力（F）的先后作用下，將壓頭（金鋼廠圓錐體或鋼球）壓入試樣表面，經規定保持時間后，卸除主試驗力，用測量的殘余壓痕深度增量（e）計算硬度值。其值是個無名數，以符號HR表示，所用標尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9個標尺。其中常用于鋼材硬度試驗的標尺一般為A、B、C，即HRA、HRB、HRC。
硬度值用下式計算：
當用A和C標尺試驗時，HR=100-e
當用B標尺試驗時，HR=130-e
式中e--殘余壓痕深度增量，其什系以規定單位0.002mm表示，即當壓頭軸向位移一個單位（0.002mm）時，即相當于洛氏硬度變化一個數。e值愈大，金屬的硬度愈低，反之則硬度愈高。
上述三個標尺適用范圍如下：
HRA（金剛石圓錐壓頭）20-88
HRC（金剛石圓錐壓頭）20-70
HRB（直徑1.588mm鋼球壓頭）20-100
洛氏硬度試驗是目前應用很廣的方法，其中HRC在鋼管標準中使用僅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可適用于測定由極軟到極硬的金屬材料，它彌補了布氏法的不是，較布氏法簡便，可直接從硬度機的表盤讀出硬度值。但是，由于其壓痕小，故硬度值不如布氏法準確。
C、維氏硬度（HV）
維氏硬度試驗也是一種壓痕試驗方法，是將一個相對面夾角為1360的正四棱錐體金剛石壓頭以選定的試驗力（F）壓入試驗表面，經規定保持時間后卸除試驗力，測量壓痕兩對角線長度。
維氏硬度值是試驗力除以壓痕表面積所得之商，其計算公式為：
式中：HV--維氏硬度符號，N/mm2(MPa)；
F--試驗力，N；
d--壓痕兩對角線的算術平均值，mm。
維氏硬度采用的試驗力F為5（49.03）、10（98.07）、20（196.1）、30（294.2）、50（490.3）、100（980.7）Kgf(N)等六級，可測硬度值范圍為5～1000HV。
表示方法舉例：640HV30/20表示用30Hgf（294.2N）試驗力保持20S（秒）測定的維氏硬度值為640N/mm2(MPa)。
維氏硬度法可用于測定很薄的金屬材料和表面層硬度。它具有布氏、洛氏法的主要優點，而克服了它們的基本缺點，但不如洛氏法簡便。維氏法在鋼管標準中很少用。
硬度換算公式：
1、肖氏硬度(HS)=勃式硬度(BHN)/10+12
2、肖式硬度(HS)=洛式硬度(HRC)+15
3、勃式硬度(BHN)=洛克式硬度(HV)
4、洛式硬度(HRC)=勃式硬度(BHN)/10-3
硬度測定范圍：
HS<100HB<500HRC<70HV<1300
(80~88)HRA,(85~95)HRB,(20~70)HRC
洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C為三種不同的標準，稱為標尺A、標尺B、標尺C。洛氏硬度試驗是現今所使用的幾種普通壓痕硬度試驗之一，三種標尺的初始壓力均為98.07N(合10kgf)，最后根據壓痕深度計算硬度值。標尺A使用的是球錐菱形壓頭，然后加壓至588.4N(合60kgf)；標尺B使用的是直徑為1.588mm(1/16英寸)的鋼球作為壓頭，然后加壓至980.7N(合100kgf)；而標尺C使用與標尺A相同的球錐菱形作為壓頭，但加壓后的力是1471N(合150kgf)。因此標尺B適用相對較軟的材料，而標尺C適用較硬的材料。實踐證明，金屬材料的各種硬度值之間，硬度值與強度值之間具有近似的相應關系。因為硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續塑性變形抗力決定的，材料的強度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。但各種材料的換算關系并不一致。本站《硬度對照表》一文對鋼的不同硬度值的換算給出了表格，請查閱。硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指標有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。
1、布氏硬度(HB)以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時間，去載后，負荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值(HB)，單位為公斤力/mm2(N/mm2)。
2、洛氏硬度(HR)當HB>450或者試樣過小時，不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。根據試驗材料硬度的不同，分三種不同的標度來表示：HRA：是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料(如硬質合金等)。HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。
3、維氏硬度(HV)以120kg以內的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度HV值(kgf/mm2)。『HK=139.54·P/L2。式中：HK－努普硬度，Mpa；P－荷重，kg；L－凹坑對角線長度，mm。我國和歐洲各國采用維氏硬度，美國則采用努普硬度。兆帕（MPa）是顯微硬度的法定計量單位，而kg/mm2是以前常用的硬度計算單位。它們之間的換算公式為1kg/mm2=9.80665Mpa。
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