“硬度測試標尺選擇參考圖”解析

“硬度測試標尺選擇參考圖”解析

——布、洛、維三種硬度計的選用

    國際標準ISO18265—2003中有一個“硬度測試標尺選用參考圖”。這一參考圖對于在金屬硬度測試中如何選用硬度標尺給出了一個很直觀的指導。筆者就自己所知，對圖1所示的參考圖解析如下：

圖1 硬度測試標尺選擇參考圖

（取自國際標準ISO18265—2003）

    圖1中橫坐標是維氏硬度HV30，范圍是50～1100。縱坐標Y1是洛氏硬度，范圍是0～120。縱坐標Y2是布氏硬度，范圍分為兩部分，0～450為使用鋼球壓頭，450～650為使用硬質合金球壓頭。
    圖中區域1是有色金屬，區域2是鋼鐵，區域3是硬質合金。從這份圖上可讀到以下信息：
１．維氏硬度計
    維氏硬度試驗在跨越有色金屬、鋼鐵和硬質合金的寬廣硬度范圍內具有一個統一的標尺，圖中示出的維氏硬度測試范圍是50～1100HV。
    其實維氏硬度計具有更寬的的測試范圍，測試的硬度值可以從幾個HV到3000HV。可以涵蓋幾乎全部的金屬材料，從很軟的金屬到很硬的淬火鋼、硬質合金，以及玻璃、礦石、陶瓷、人造金剛石等。
2．布氏硬度計
    布氏硬度計用于測試有色金屬和大部分鋼鐵材料。
    低硬度有色金屬，例如鋁和鋁合金、紫銅等材料應采用0.102F/D2＝5的試驗條件，也可采用0.102F/D２＝10的試驗條件，硬度范圍為50～100HBS．高硬度有色金屬，例如超硬鋁合金、黃銅、青銅等應采用0.102F/D2=10的試驗條件，硬度范圍為100～150HBS．鋼鐵材料應采用0.102F/D2=30的試驗條件，硬度范圍為150～450HBS及450～650HBW。
    布氏硬度計測試范圍的上限值是650HBW，這一數值相當于洛氏硬度的60HRC。
    布氏硬度值和維氏硬度值具有較好的線性關系。
    布氏硬度值和維氏硬度值數值接近，在硬度值小于450HB時大致有如下關系：HB≈HV。
    布氏硬度計在硬度值為450以下時，應采用鋼球壓頭，記作HBS，在硬度值450以上時應采用硬質合金球壓頭，記作HBW。
    （關于布氏硬度試驗的國際標準ISO 6506.1-1999和中國標準GB/T231.1-2002都取消了鋼球壓頭，統一采用硬質合金球壓頭。以后在進行布氏硬度試驗時，鋼球壓頭和HBS硬度值將不再采用。）
3．洛氏硬度計
    洛氏硬度試驗根據試驗力和壓頭的不同組合，有多種標尺可以選擇，不同的標尺用于測試不同硬度范圍或尺寸范圍的材料。
    HRA標尺用于測試鋼鐵材料和硬質合金。其測試范圍約為50～87HRA，在洛氏硬度試驗的各標尺中，HRA是唯一可用于測試硬質合金材料的。
    事實上，由于HRC標尺的廣泛應用，HRA標尺很少用于測試一般鋼鐵材料，它的用途僅限于測試硬質合金薄硬鋼帶和中等厚度的表面硬化鋼。 * HRC標尺是所有硬度試驗方法中應用最為廣泛的，鋼鐵材料的硬度測試主要采用HRC標尺。
    HRC標尺的測試范圍包括調質鋼、淬火鋼、回火鋼、硬鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵和鈦合金等，硬度值范圍在20～67HRC。
    盡管標準中給出HRC標尺的上限值可達到70HRC，但是考慮到金剛石壓頭的壽命,當硬度值大于67HRC時, 人們一般都改用HRA標尺。
    采用金剛石壓頭的表面洛氏HR15N、HR30N、HR45N標尺，其硬度測試范圍與HRC相當，都是從較硬的軟鋼到高硬度的淬火鋼。這三個標尺的采用，實際上是對HRC標尺的補充，當試樣硬度符合HRC的測試范圍，只是厚度不足時，就可改用表面洛氏硬度N標尺。國家標準規定 ，對于采用金剛石壓頭的洛氏硬度標尺，試樣厚度應大于壓痕深度的10倍。HRC標尺的試驗力是150kg。而HRN標尺的試驗力只有15～45kg，減小了試驗力，壓痕就會變淺，就不會因試樣過薄，發生測砧效應而影響硬度測試的準確性。三種標尺的選用規則也是根據試樣的厚度。較厚的試樣用HR45N標尺，最薄的試樣用HR15N標尺，采用HR15N標尺測試淬火硬鋼片時，試樣厚度可薄至0.15mm。當一個試樣的厚度可以同時滿足兩個以上N標尺要求時，應選用其中試驗力最大的一個標尺，這樣有助于提高測試精度。
    HRC硬度值和維氏硬度HV及布氏硬度HB之間有著一個粗略的換算關系，了解了這一換算關系常常會給人們帶來方便。HRC=0.1HV=0.1HB。
    HRB標尺也是應用很廣泛的硬度測試標尺。它是較硬的有色金屬和軟鋼的主要硬度測試手段。在高硬度黃銅、青銅、不銹鋼、冷軋鋼板的產品標準中都有采用HRB標尺測試材料力學性能的規定。圖1所示HRB標尺的測試范圍是10～100HRB，當硬度值接近100HEB時，硬度測試的靈敏度降低，這時應改用HRC標尺。國家標準GB/T230.1-2002規定的HRB標尺測試范圍是20～100HRB，這一點與圖1是不同的。當材料硬度小于20HRB時，由于壓頭壓入過深，影響測試準確性，此時應改用低一級的HRF標尺。
    HRF標尺是應用較廣泛的硬度測試標尺，它在圖1中位于HRB標尺的左側，用于測試比HRB更軟的材料，例如紫銅、退火的黃銅、退火的薄鋼板、一般的鋁合金等。圖1中HRF標尺測試范圍的下限值低于50HRF，上限值接近120HRF，但是，無論是國際標準，還是中國標準，規定的HRF標尺適用范圍都是60～100HRF。當硬度值超過100HRF時，應改用高一級的HRB標尺。當硬度值低于60HRF時，應改用低一級的HRH標尺。
    國家標準規定，對于采用鋼球壓頭的各種洛氏硬度標尺，試樣厚度應大于壓痕深度的15倍。當采用HRB、HRF標尺試樣厚度已經不能滿足標準的要求時，應改用表面洛氏硬度T標尺，T標尺是HRB、HRF標尺的補充，用于測試軟金屬薄材料。
    圖1中只給出了HR30T標尺，其實共有HR15T、HR30T、HR45T三個標尺可供選擇，選用的規則也是根據材料的厚度，厚一些的材料用HR45T標尺，薄的材料用HR15T標尺。在材料厚度可以滿足要求的條件下，應盡量選用大一些的試驗力，這樣有助于提高測試精度。對于T標尺測試范圍內的高硬度試樣，可測試的最小試樣厚度達到0.15mm。
    圖1作為選用硬度試驗方法的參考非常直觀，十分便于理解和記憶。它是一份重要的、不可多得的技術資料。
作者：張鳳林
時間：2006.9.10