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(yàn)國家標(biāo)準(zhǔn)的演變,介紹的金屬洛氏硬度試驗(yàn)GB/T230.1—2004系采用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 6508—1—1999:《金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)第1部分:試驗(yàn)方法( A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T 標(biāo)尺)》。這一標(biāo)準(zhǔn)代替了GB/T230—1991《金屬洛氏硬度試驗(yàn)方法》和GB/T1818—1994《金屬表面洛氏硬度試驗(yàn)方法》。
1.原理
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,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(yàn)力F0測量壓痕深度殘余增量h,根據(jù)h值及常熟N和S(見表3-1)用式(3-1)計(jì)算洛氏硬度。
2.符號及計(jì)算公式
洛氏硬度檢測及計(jì)算公式所用符號及其含義見表3-1。
計(jì)算公式: 洛氏硬度=N-h(huán)/s (3―1)
根據(jù)洛氏硬度定義,一個(gè)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(guī)定洛氏硬度讀數(shù)如下:用金剛石壓頭(A、C、D標(biāo)尺)公式為洛氏硬度=l00―h/0.002;用鋼球或硬質(zhì)合金球壓頭(B、E、F、G、H、K標(biāo)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(shù),用球壓頭為130;用金剛石壓頭為100。所謂標(biāo)尺,是用不同壓頭和總檢測力的組合加以區(qū)分。例如用金剛石圓錐壓頭,總檢測力為980.7N(100kgf)時(shí),是B標(biāo)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?yàn)槊恳宦迨嫌捕葐挝粸?.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(shù)。
N值為什么定義為100和130?當(dāng)壓頭為金剛石圓錐體時(shí),因?yàn)镠RC(A)規(guī)定用于測量較硬的材料,如淬火后的鋼及硬質(zhì)合金等,一般不會(huì)出現(xiàn)壓入深度為0.2mm而使硬度值為零的情況。當(dāng)壓頭為球時(shí),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(xiàn)負(fù)值,將用球的洛氏標(biāo)尺N值均定為130。表面洛氏N值均定義為100。
3.洛氏硬度計(jì)的加載方式
砝碼加載、彈簧加載、液壓加載、閉環(huán)傳感器控制
4.洛氏硬度標(biāo)尺及技術(shù)參數(shù)
GB/T230.1-2004標(biāo)準(zhǔn)中共有15個(gè)標(biāo)尺,其中包括A、B、C、D、E、F、G、H、K9個(gè)標(biāo)尺技術(shù)參數(shù)見表3-2,表面洛氏N、T 6個(gè)標(biāo)尺參數(shù)見表3-6。
5.標(biāo)尺的應(yīng)用原則
HRA—適用于測定堅(jiān)硬或薄硬材料硬度,如硬質(zhì)合金、滲碳后淬硬鋼、經(jīng)硬化處理后的薄鋼帶、薄鋼板等。因?yàn)閷τ贖RC>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(biāo)尺。
HRB—適宜用于測定中等硬度的材料,如經(jīng)退火后的中碳和低碳鋼、可鍛鑄鐵、各種黃銅和大多數(shù)青銅以及經(jīng)固溶處理時(shí)效后的各種硬鋁合金等。適用范圍是20~100HRB。當(dāng)試樣硬度小于20HRB時(shí),因?yàn)檫@些金屬的蠕變行為,試樣在檢測力作用下變形將持續(xù)很長時(shí)間,表上的指針或光學(xué)投影刻度將長時(shí)緩慢移動(dòng),難以測量準(zhǔn)確。而當(dāng)HRB>100時(shí),因?yàn)榍驂喝肷疃冗^淺,靈敏度降低,影響測量精度。
HRC—最適用于測定經(jīng)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(biāo)尺測定,當(dāng)HRC<20時(shí),由于金剛石壓頭壓入過深,壓頭圓錐的影響增大,產(chǎn)生下滑現(xiàn)象,影響測量準(zhǔn)確性,宜換用HRB標(biāo)尺測定。
HRD—是介于HRA和HRC之間的一種標(biāo)尺,適用于壓入深度介于A和C標(biāo)尺之間的各種材料,如表面熱處理強(qiáng)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(dāng)于HRB近于100的材料。因?yàn)檫@時(shí)時(shí)可比HRB檢測近于100時(shí)的靈敏度為高。
HRH—適用于鋁、鋅、鉛等軟金屬合金,因?yàn)镠標(biāo)尺使用壓頭直徑大;檢測力又小,且可迅速直接讀數(shù)。
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(gè)標(biāo)尺外,其余洛氏D、E、F等6個(gè)標(biāo)尺都是在修訂后的標(biāo)準(zhǔn)中增添的。因?yàn)樵贗SO標(biāo)準(zhǔn)中,這些標(biāo)尺早已有應(yīng)用,我國加入WTO以后,國際貿(mào)易、技術(shù)交流將會(huì)更加頻繁,為參照對比國際上各種硬度要求,這些標(biāo)尺的應(yīng)用是很重要的。
6.應(yīng)用范圍及其特點(diǎn)
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(chǎn)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(jì)有9個(gè)標(biāo)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(yù)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(chǎn)大量檢測的機(jī)械、冶金熱加工過程中以及半成品或成品檢驗(yàn)。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(xiàng)
1)檢測前的準(zhǔn)備
(1)用于進(jìn)行洛氏硬度檢測的硬度計(jì)及壓頭應(yīng)符合GB/T230.2—2002洛氏硬度計(jì)技術(shù)條件要求。
(2)試驗(yàn)一般在10~35℃室溫下進(jìn)行。對精度要求較高時(shí),室溫應(yīng)控制在(23士5) ℃。
?。?)選擇標(biāo)尺時(shí),根據(jù)試樣的材質(zhì)以及其熱處理狀態(tài),參考“5節(jié)”標(biāo)尺的應(yīng)用原則,選用壓頭及檢測力。
?。?)如壓頭是取下的,應(yīng)首先安裝好壓頭。如為側(cè)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(nèi),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(yàn)臺,試驗(yàn)臺支承面應(yīng)潔凈,試樣應(yīng)能穩(wěn)固的放置于試驗(yàn)臺上,以保證在檢測過程中不產(chǎn)生位移和變形。
(6)檢則前,應(yīng)使用與試樣硬度值相近的標(biāo)準(zhǔn)洛氏硬度塊對硬度計(jì)進(jìn)行校驗(yàn),在符合允許誤差范圍內(nèi)進(jìn)行檢測。
2)試樣
?。?)試樣在制備過程中,應(yīng)盡量避免由于受熱,冷加工等對試樣表面硬度造成影響。
(2)對于在用金剛石圓錐壓頭進(jìn)行的試驗(yàn),試樣或試驗(yàn)層厚度應(yīng)不小于殘余壓痕深度的10倍;對于用球壓頭進(jìn)行的試驗(yàn),試樣或試驗(yàn)層的厚度應(yīng)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(guān)系圖。
?。?)試樣的試驗(yàn)面盡可能是平面,不應(yīng)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(yàn)中注意事項(xiàng)
(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(shí),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(guān)裝置不應(yīng)受到?jīng)_擊和振動(dòng)
(4)應(yīng)均勻平穩(wěn)地施加檢測力,不得有沖擊與振動(dòng)。
(5)對于低硬度材料,經(jīng)協(xié)商試驗(yàn)力保持時(shí)間可以延長,允差±2s。
?。?)兩相鄰壓痕中心間距離至少應(yīng)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(yīng)為壓痕直徑的2.5倍,但不得小于1mm。
?。?)在每個(gè)試樣上的檢測點(diǎn)數(shù)應(yīng)不少于四點(diǎn)(第一點(diǎn)不記)。對大批量試樣的檢測,點(diǎn)數(shù)可適當(dāng)減少。
4)檢測結(jié)果處理
(1)檢測報(bào)告中給出的洛氏硬度值應(yīng)精確至0.5個(gè)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(yīng)按表3-3~表3-5進(jìn)行修正。表中修正值均為正值。
(3)結(jié)果的書寫
洛氏硬度用符號HR表示,HR前為硬度數(shù)值,HR后面為使用的標(biāo)尺。例如,50HRC表示用C標(biāo)尺測定的洛氏硬度值為50;80HRB表示用B標(biāo)尺測定的洛氏硬度值為80;75HRFW表示用F標(biāo)尺,壓頭為硬質(zhì)合金球,硬度值為75。