洛氏硬度檢測法同布氏和維氏硬度檢測法—樣,是三種最常用的硬度檢測法之一。
洛氏硬度試驗國家標準的演變,介紹的金屬洛氏硬度試驗GB/T230.1—2004系采用國際標準化組織ISO 6508—1—1999:《金屬材料洛氏硬度試驗第1部分:試驗方法( A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T 標尺)》。這一標準代替了GB/T230—1991《金屬洛氏硬度試驗方法》和GB/T1818—1994《金屬表面洛氏硬度試驗方法》。
1.原理
洛氏硬度計檢測法采用120°金剛石圓錐或硬質合金球(規定直徑的)作為壓頭,在初始檢測力F0作用下,再加上主檢測力F1,在總檢測力F作用下,將壓頭壓入試樣表面。之后卸除主檢測力,在保留初始試驗力F0測量壓痕深度殘余增量h,根據h值及常熟N和S(見表3-1)用式(3-1)計算洛氏硬度。
2.符號及計算公式
洛氏硬度檢測及計算公式所用符號及其含義見表3-1。
計算公式: 洛氏硬度=N-h/s (3―1)
根據洛氏硬度定義,一個洛氏硬度(HR)單位在特定條件下定義為0.002mm的壓痕深度殘余增量。
規定洛氏硬度讀數如下:用金剛石壓頭(A、C、D標尺)公式為洛氏硬度=l00―h/0.002;用鋼球或硬質合金球壓頭(B、E、F、G、H、K標尺)為洛氏硬度=130-h/0.002。
由HR=N- h/s公式看出,壓痕深度的殘余增量h越大,則洛氏硬度值越低;h越小,硬度值越高。式中N為定義常數,用球壓頭為130;用金剛石壓頭為100。所謂標尺,是用不同壓頭和總檢測力的組合加以區分。例如用金剛石圓錐壓頭,總檢測力為980.7N(100kgf)時,是B標尺HRB。
h是去除主檢測力后,在保持初始檢測力F0下的殘余壓痕深度增量。用金剛石壓頭,147lN總檢測力條件下,在卸除主檢測力后,如h為0.08mm,因為每一洛氏硬度單位為0.002mm,則HRC=100-40=60。由此可看出此值無量綱為一有條件的無名數。
N值為什么定義為100和130?當壓頭為金剛石圓錐體時,因為HRC(A)規定用于測量較硬的材料,如淬火后的鋼及硬質合金等,一般不會出現壓入深度為0.2mm而使硬度值為零的情況。當壓頭為球時,多用于測量中等及較低硬度的材料,硬度值跨度較大,為了避免出現負值,將用球的洛氏標尺N值均定為130。表面洛氏N值均定義為100。
3.洛氏硬度計的加載方式
砝碼加載、彈簧加載、液壓加載、閉環傳感器控制
4.洛氏硬度標尺及技術參數
GB/T230.1-2004標準中共有15個標尺,其中包括A、B、C、D、E、F、G、H、K9個標尺技術參數見表3-2,表面洛氏N、T 6個標尺參數見表3-6。
5.標尺的應用原則
HRA—適用于測定堅硬或薄硬材料硬度,如硬質合金、滲碳后淬硬鋼、經硬化處理后的薄鋼帶、薄鋼板等。因為對于HRC>67的材料若仍用1471N檢測力易于損壞金剛石壓頭。宜用檢測力較小,壓人深度較淺的HRA標尺。
HRB—適宜用于測定中等硬度的材料,如經退火后的中碳和低碳鋼、可鍛鑄鐵、各種黃銅和大多數青銅以及經固溶處理時效后的各種硬鋁合金等。適用范圍是20~100HRB。當試樣硬度小于20HRB時,因為這些金屬的蠕變行為,試樣在檢測力作用下變形將持續很長時間,表上的指針或光學投影刻度將長時緩慢移動,難以測量準確。而當HRB>100時,因為球壓入深度過淺,靈敏度降低,影響測量精度。
HRC—最適用于測定經淬火及低溫回火后的碳素鋼、合金鋼以及工、模具鋼,也適用于測定冷硬鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵、鈦合金等。一般HRB>100的材料可用C標尺測定,當HRC<20時,由于金剛石壓頭壓入過深,壓頭圓錐的影響增大,產生下滑現象,影響測量準確性,宜換用HRB標尺測定。
HRD—是介于HRA和HRC之間的一種標尺,適用于壓入深度介于A和C標尺之間的各種材料,如表面熱處理強化后的鋼試樣、珠光體可鍛鑄鐵等。
HRE—適用于測定一般鑄鐵、鋁合金、鎂合金、軸承合金及其他類似軟金屬。
HRF—適用于韌化黃銅、紫銅、一般鋁合金等。
HRG—適用相當于HRB近于100的材料。因為這時時可比HRB檢測近于100時的靈敏度為高。
HRH—適用于鋁、鋅、鉛等軟金屬合金,因為H標尺使用壓頭直徑大;檢測力又小,且可迅速直接讀數。
HRK—適用于軸承合金和其他軟金屬材料。
以上除洛氏A、B、C三個標尺外,其余洛氏D、E、F等6個標尺都是在修訂后的標準中增添的。因為在ISO標準中,這些標尺早已有應用,我國加入WTO以后,國際貿易、技術交流將會更加頻繁,為參照對比國際上各種硬度要求,這些標尺的應用是很重要的。
6.應用范圍及其特點
洛氏硬度檢測操作簡便、迅速,工作效率高。由于其使用檢測力小,所產生的壓痕比布氏硬度檢測的壓痕小,因而對制件表面沒有明顯損傷。由于使用金剛石壓頭和兩種直徑球作為壓頭,有三種檢測力,共計有9個標尺(見表3-2),可以測量從較軟到較硬材料的硬度。使用范圍寬廣。再者有預檢測力,所以試件表面輕微的不平度對硬度值的影響比布氏、維氏為小。因此,適用于成批生產大量檢測的機械、冶金熱加工過程中以及半成品或成品檢驗。特別適用于刃具、模具、量具、工具等的成品制件檢測。
7.檢測及注意事項
1)檢測前的準備
?。?)用于進行洛氏硬度檢測的硬度計及壓頭應符合GB/T230.2—2002洛氏硬度計技術條件要求。
?。?)試驗一般在10~35℃室溫下進行。對精度要求較高時,室溫應控制在(23士5) ℃。
?。?)選擇標尺時,根據試樣的材質以及其熱處理狀態,參考“5節”標尺的應用原則,選用壓頭及檢測力。
?。?)如壓頭是取下的,應首先安裝好壓頭。如為側面螺釘固緊壓頭,正確的裝置方法是:把壓頭尾部插入主軸孔內,輕扭螺釘帽但不要上緊,用一試樣加上初檢測力,在受力情況下它的臺階面與主軸下端面靠緊,使無傾斜或間隙,然后再擰緊緊固螺釘。
?。?)選擇好合適的試驗臺,試驗臺支承面應潔凈,試樣應能穩固的放置于試驗臺上,以保證在檢測過程中不產生位移和變形。
?。?)檢則前,應使用與試樣硬度值相近的標準洛氏硬度塊對硬度計進行校驗,在符合允許誤差范圍內進行檢測。
2)試樣
?。?)試樣在制備過程中,應盡量避免由于受熱,冷加工等對試樣表面硬度造成影響。
?。?)對于在用金剛石圓錐壓頭進行的試驗,試樣或試驗層厚度應不小于殘余壓痕深度的10倍;對于用球壓頭進行的試驗,試樣或試驗層的厚度應不小于殘余壓痕深度的15倍。圖3―5和圖3―6給出了洛氏硬度最小厚度關系圖。
?。?)試樣的試驗面盡可能是平面,不應有氧化皮及其他污物、裂縫。表面粗糙度Ra一般不大于0.80μm。
3)試驗中注意事項
(1)在任何情況下不允許壓頭與試臺及支座、試樣觸碰。試樣支承面、支座和試臺工作面上均不得有壓痕。
(2)檢測時,必須保證檢測力方向與試樣的檢測面垂直。
(3)在檢測過程中,有關裝置不應受到沖擊和振動
(4)應均勻平穩地施加檢測力,不得有沖擊與振動。
?。?)對于低硬度材料,經協商試驗力保持時間可以延長,允差±2s。
?。?)兩相鄰壓痕中心間距離至少應為壓痕直徑的4倍,但不得小于2mm。
?。?)任一壓痕中心距試樣邊緣距離至少應為壓痕直徑的2.5倍,但不得小于1mm。
?。?)在每個試樣上的檢測點數應不少于四點(第一點不記)。對大批量試樣的檢測,點數可適當減少。
4)檢測結果處理
?。?)檢測報告中給出的洛氏硬度值應精確至0.5個洛氏硬度單位。
?。?)對于在圓柱面和球面上測得的洛氏硬度值,應按表3-3~表3-5進行修正。表中修正值均為正值。
?。?)結果的書寫
洛氏硬度用符號HR表示,HR前為硬度數值,HR后面為使用的標尺。例如,50HRC表示用C標尺測定的洛氏硬度值為50;80HRB表示用B標尺測定的洛氏硬度值為80;75HRFW表示用F標尺,壓頭為硬質合金球,硬度值為75。
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