洛氏及表面洛氏硬度试验

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1、洛氏及表面洛氏硬度试验试验标准GB/T230-2004金属洛氏硬度试验一、洛氏硬度试验原理顶角为120的金刚石圆锥体或一定直径（ 1.587mm、3.175mm ）的淬火钢 球或硬质合金球（新标准增加的压头）做压头，先在初试验力Fo的作用下，将 压头压入试件表面一定深度h以此作为测量压痕深度的基准，然后再加上主试o验力F，在总试验力F（初试验力Fo +主试验力F ）作用下，压痕深度的增量为1 1h，经规定时间后，卸除主试验力F，压头回升一定高度。于是在试样上得到由1 1主试验力所产生的压痕深度的残余增量h。洛氏硬度用下式表示：洛氏硬度=N-h/s （原标准为HR=K-e）h为残余压痕深度N -

2、给定标尺的硬度数s给定标尺的单位金钢石圆锥压头一般用于测定硬度较高的金属材料，压头压入深度通常不超 0.2mm试验方法将0.2mm作为标尺,划分为100等分，则无论对哪类指示装置（表 盘式、刻度式或数显式），每个洛氏硬度单位均为0.2mm/100=0.002mm,为了做到 硬度愈高所指示的数值越大，对残余压入深度为0.2mm时规定洛氏硬度值为零； 而对残余压入深度为零时为100.用满刻度与残余压痕深度之差则可示出洛氏硬 度值的高低，即此差值越大,洛氏硬度愈高，反之亦然。为了使残压痕深度用硬度数 表示,引入了 h/s的概念，即h/s =残余压痕深度（mm）/洛氏硬度单位（0.002mm）。 这样

3、对于用金刚石圆锥压头的试验，HR=100- h / s.例如：HRC的K值定为100,当压入深度s为0.08时，则硬度值HRC=100-0.08/0.002=60当用球压头进行洛氏硬度试验时，一般用于较软金属材料的硬度测试，由于压入深度较大，有可能使h大于0.2mm，因 此方法中规定将0.26mm划分为130等分，每个洛氏硬度单位仍为0.002mm,这样,HR=130-h/s.1、在初试验力Fo下的压入深度;2、由主试验力F引起的压入深度;1Fo+Fi3、卸除主试验力F后的弹性回复深度;14、残余压入深度h ；5、试样表面；6、测量基准面；7、压头位置 符号及名称Fo =初试验力单位N0JJ+

4、1F =主试验力单位N1F =总试验力单位Ns =给定标尺的单位单位mmN二给定标尺的硬度数1 在初始试验力下）的压入深度2 在主试验方的压入深度3 去除主试验力后的弹性回复4 残余压入深度试理图表面h二卸除主试验力后，在初试验力下压痕残6测量基残余压压头位置单位mm标尺：标尺就是不同压头和不同总试验力的洛氏合度试的是为了可以用一种试验机 就可以测定从软到硬的金属材料的硬度。每一种标尺用一个大写字母表示，并加 在洛氏硬度符号HR的后面，HR前面为硬度数值。我国洛氏硬度试验标准中给 出了 9种标尺，常用的有HRA、ARB、ABC、其中HRC用途最广。表5-3洛氏硬度的试验规范洛氏硬度 标尺硬度符

5、号压头类型初试验力Fo/N主试验F1/N总试验力F/N适用范围AHRA金刚石圆锥98.07490.3588.420HRA 88HRABHRB直径1.587 5mm球98.07882.6980.720HRB 100HRBCHRC金刚石圆锥98.071 3731 47120HRC 70HRCDHRD金刚石圆锥98.07882.6980.740HRD 77HRDEHRE直径3.175mm球98.07882.6980.770HRE 100HREFHRF直径1.587 5mm球98.07490.3588.460HRF 100HRFGHRG直径1.587 5mm球98.071 3731 47130HRG

6、94HRGHHRH直径3.175mm球98.07490.3588.480HRH 100HRHKHRK直径3.175mm球98.071 3731 47140HRK 100HRKA、C和D标尺洛氏硬度用硬度值、符号HR和使用的标尺字母表示。 示例：59HRC表示用C标尺测得的洛氏硬度值为59。B、E、F、G、H和K标尺洛氏硬度用硬度值、符号HR、使用的标尺和球压头代号（钢球为S,硬质合金球为W）表示。示例：60HRBW表示用硬质合金球压头在B标尺测得的洛氏硬度值为60。二、表面洛氏硬度原理表面洛氏硬度试验方法又称轻负荷硬度试验法，它是在洛氏硬度试验法的基 础上发展起来的，两者的试验原理完全相同，不

7、同的是初试验力由98.07N改为 29.42N,主试验力分别由 490.3N、882.6N、373N 改为 117.7N.264.8N.411.9N, 由于初试验力及主试验力均很小，S的单位为0.001mm，而且无论对于金刚石 压头还是钢球压头的各表面洛氏硬度标尺，规定的满刻度均为100，因此计算公 式仍为HR= N h/s =100- h/0.001。与普通洛氏硬度试验相比更宜于测量较薄或 经表面热处理及化学热处理后试样的表面硬度。表面洛氏硬度以符号HR表示，后面加注标尺符号15N、45T等，HR前面为硬 度数值。各标尺符号英文字母前面的数字表示所用的总试验力大小，单位为 N（kgf）;英文

8、字母表示不同的压头。例如：15T表示总试验力为147.1N （15 kgf）,压头为1 .5875的钢球或硬质合金 球。一N标尺表面洛氏硬度用硬度值、符号HR、试验力数值（总试验力）和使用的 标尺表示。示例:70HR30N表示用总试验力为294.2N的30N标尺测得的表面洛氏硬度值 为70。T标尺表面洛氏硬度用硬度值、符号HR、试验力数值（总试验力）、使用的 标尺和压头代号表示。示例：40HR30T表示用钢球压头在总试验力为294.2N的30T标尺测得的表面 洛氏硬度值为40。表面洛氏硬度试验常用标尺规范（GB/T230.1-2004表5-4）洛氏硬度 标尺硬度符号压头类型初试验力Fo/N主试

9、验F1/N总试验力F/N适用范围15NHR15N金刚石圆锥29.42117.7147.170HR15N 94HR15N30NHR30N金刚石圆锥29.42264.8294.242HR30N86HR30N45NHR45N金刚石圆锥29.42411.9441.320HR45N 77HR45N15THR15T直径1.587 5mm球29.42117.7147.167HR15T 93R15T30THR30T直径1.587 5mm球29.42264.8294.229HR30T 82HR30T45THR45T直径1.587 5mm球29.42411.9441.310HR45T 72R45Ta使用钢球压头的

10、标尺，硬度符号后面加“S”使用硬质合金球压头的标尺，硬度符号后面加“W”三、试验设备及仪器洛氏硬度计种类很多，以国产为例主要有HR-150、HR-150A、HR-150B等。 它们的结构大体相同，一般由机架、试验力产生和变换机构、试验力加卸机构、 试样支承机构和压痕深度测量装置等组成，并配有压头1、机架它是硬度计上所有部件的支承体，具有良好的刚性和稳定性，结构多 为悬臂式。2、试验力加卸机构主要包括试验力产生和变换装置、试验力的加卸装置、控 制加荷速度装置。3、试验力产生和变换装置 多数硬度计如HR-150、HR-150A的主试验力采用 杠杆加力式，即将砝码重量通过杠杆放大后形成主试验力，通过

11、压头将力加到试 样上。4、控制加荷速度装置，又称缓冲器，作用是加主试验力时，使试验力缓慢地加 到试样上，避免发生冲击加载，最常见的是各种油缓冲器。5、压痕深度测量装置按其原理可分为杠杆一百分表放大、杠杆一光学放大等， 近年发展起来的数字或工作硬度计多采用光栅、电感等深度测量装置。四、试样1、试样表面应光滑平坦，无氧化皮及外来污物，尤其不应有油脂，建议试样表 面粗糙度不大于0.8Pm，产品或材料标准另有规定除外。2、试样的制备应使受热或冷加工等因素对表面硬度的影响减至最小。3、试验后试样背面不应出现可见变形。对于用金刚石圆锥压头进行的试验，试样或试验层厚度应不小于残余压痕深度 的10倍；对于用球

12、压头进行的试验，试样或试验层的厚度应不小于残余压痕深 度的15倍。例：材料硬度约为40HRC，试确定试样最小厚度。由公式(5-9)可得压痕深度残余增量s =100HRC = 60由于e的测量单位为0.002mm，换算成mm单位时，为s =60X 0.002 = 0.12mm试样最小厚度为e的10倍，即1.2mm。五、试验操作要点1、试验一般在10 C35 C室温进行。对于温度要求严格的试验，应控制在 (235)C 之内。2、选择合适的硬度标尺，在洛氏及表面洛氏硬度试验中，各标尺允许测试的 范围不同，为了保证试验结果的正确性，就必须正确地选择标尺。各标尺的用途如下：HRA主要用于测定硬质材料的洛

13、氏硬度，象硬质合金、很薄很硬的钢材以及 表面硬化层较薄的硬化钢材。HRB是应用较广的洛氏硬度标尺，常用于测定低碳钢、软合金、铝合金及可 锻铸铁等中、低硬度材料。HRC主要用于测定一般钢材、硬度较高的锻件、珠光体可锻铸铁以及淬火+回 火的合金钢，是用途最为广泛的洛氏硬度标尺。HRD主要用于测定较薄的钢材、中等表面硬化的钢以及珠光体可锻铸铁等材 料。HRE用于测定铸铁、铝合金、镁合金以及轴承合金等材料。HRF主要用于测定硬度较低的有色金属，象退火后的铜合金。由于采用的总 试验力较低，也可测定软质的薄合金板。HRG可用于测定可锻铸铁、铜-镍合金。HRH主要用于测定硬度很低的有色金属，轻金属如铝、锌、

14、铅等。由于这些 金属很软，所以适用于大直径钢球压头在较小试验力下试验。HRK用于测定轴承合金及较软金属或薄材。3、试验前，尤其是改变测量标尺后，应该使用与试验材料的预期硬度值相近的标准洛氏（表面洛氏）硬度块对硬度计进行校验，其示值误差和重复性应符合GB/T230.2-2004、GB/T230.3-2004 规定的要求。对洛氏硬度计的检查方法如下：1）在标准洛氏硬度块上压出五个均匀分布的有效压痕并测量硬度值。硬度值的示值误差5按下式计算：五次硬度测量的算术平均值；HR标准洛氏硬度块的标准值。2 ）重复性：在标准硬度块上测五个均布压痕得硬度值Hi、H2、H3、H4、H5则硬度计的示值重复性由下式确

15、定H5 -Hi4、在施加初试验力后，指示盘或光学投影屏的指示线，不应超过硬度计的最大指示范围。否则应卸除试验力，在试样另一位置重新试验。5、试样应平衡地放在刚性支承物上，并使压头轴线与试样表面垂直，以避免试 样产生位移。应对圆柱武汉试样作适当支承，例如放置在洛氏硬度值不低于 60HRC的带有V型槽的钢支座上。尤其应注意使压头、试样、V型槽与硬度计支 座中心对中。下列是一些特殊形状的试样和不同类型的载样台配合使用的例子。1）横截面积较大或较长的扁平试样，可用大平面载样台。a）标准硬度块及表面平整的小式样，可用050060mm的平面载样台。b）小尺寸试样、薄试样或受试部分平面较小的试样，可用中心凸

16、起的载样台。c）圆柱形试样可用带V形槽的载样台。d）大圆球试样，可用球型支座进行试验。6、使压头与试样表面接触，无冲击和振动地施加初试验力Fo,初试验力保持时 间不应超过3s。7、无冲击和振动地将测量装置调整至基准位置，从初试验力Fo施加至总试验力F的时间应不小于1s且不大于8s。8、总试验力F保持时间为4s2s。然后卸除主试验力F1,保持初试验力Fo, 经短时间稳定，洛氏硬度值通常从测量装置中直接读数。进行读数。注;对于低硬度材料，经协商试验力保持时间可以延长，允许偏差2s。9、试验过程中，硬度计应避免受到冲击和振动。10、在大量试验前或距前一试验超过24h,以及压头或支承台移动或重新安装后

17、, 均应检查压头和支座安装的正确性，上述调整全的两个试验结果不作为正式数 据。11、两面 相邻压痕中心之间的距离至少应为压痕直径的4倍,并且不应小于2mm； 任一压痕中心距试样边缘的距离至少应为压痕直径的2.5倍，并且不应小于1mm。12、如无其他规定，每个试样上的试验点数不少于4点，第1点不计六、试验结果处理1、试验报告中给出的（表面）洛氏硬度值应精确至0.5个洛氏单位修约方法按照GB8170执行。2、洛氏及表面洛氏硬度试验可以在有曲面的工件上进行（如轴、轴承等），在 曲率半径不大时，对测得的硬度值应加上修正值。从力学角度分析，压头压入具 有曲率的试样时，被压处四周的抵抗力比平面试样要低得多

18、，致使压痕深度增加， 硬度值降低，曲率半径愈小，硬度值降低愈显著。因此要对所测得的硬度值进行修正后才能与平面上测得的硬度值进行比较。有关各标尺对曲面的修正量可参看GB/T230.1 - 2004 标准的附录 C 的 C.1、C.2、C.3、C.4、及附录 D 的 D.1。例如：现有两种规格的圆柱体gmm、申65mm，材料为45钢，要求测定退火后的硬度。经退火处理，(p6mm与申65mm两种规格圆柱体用C标尺测定，它们的硬度 值分别为HRC12和HRC18，均超出标尺的测量范围，因此改用B标尺进行测 定，其结果如下：1) 96mm 实测 90HRB 修正后 94HRB2) 4)65mm 实测94HRB 曲率半径大，不必修正。七、应用范围及优缺点洛氏硬度试验优点是通过变换试验标尺可测量硬度较高的材料。压痕较小，可 用于半成品或成品检验。试验操作简便迅速，工作效率高，适合于批量检验。其 缺点是压痕较小，代表性差。由于材料中有偏析及组织不均匀等缺陷，致使所测 硬度值重复性差、分散度大。此外，用不同的标尺测得的硬度值彼此无内在联系， 也不能直接进行比较。