1、硬度知识一、硬度简介：硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 1.布氏硬度(HB)以一定的载荷(一般 3000kg)把一定大小(直径一般为 10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm 2 (N/mm2)。 2.洛氏硬度(HR)当 HB450 或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角 120的金刚石圆锥体或直径为 1.59、3.18mm 的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的
2、深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示： HRA：是采用 60kg 载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料( 如硬质合金等)。 HRB：是采用 100kg 载荷和直径 1.58mm 淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料( 如退火钢、铸铁等)。 HRC：是采用 150kg 载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。3 维氏硬度(HV)以 120kg 以内的载荷和顶角为 136的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度 HV 值(kgf/mm 2)。#注：洛氏硬度中 HRA、HRB、HRC 等中
3、的 A、B 、C 为三种不同的标准，称为标尺 A、标尺 B、标尺 C。 洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一，三种标尺的初始压力均为 98.07N(合 10kgf)，最后根据压痕深度计算硬度值。标尺 A 使用的是球锥菱形压头，然后加压至 588.4N(合 60kgf)；标尺 B 使用的是直径为 1.588mm(1/16 英寸)的钢球作为压头，然后加压至 980.7N(合 100kgf)；而标尺 C 使用与标尺 A 相同的球锥菱形作为压头，但加压后的力是 1471N(合 150kgf)。因此标尺 B 适用相对较软的材料，而标尺 C 适用较硬的材料。 实践证明，金属材料的各种硬度值之
4、间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。但各种材料的换算关系并不一致。本站 硬度对照表一文对钢的不同硬度值的换算给出了表格，请查阅。#二、硬度对照表：根据德国标准 DIN50150,以下是常用范围的钢材抗拉强度与维氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度的对照表。抗拉强度RmN/mm2 维氏硬度HV 布氏硬度HB 洛氏硬度HRC 250 80 76.0 - 270 85 80.7 - 285 90 85.2 - 305 95 90.2 - 320 100 95.0 - 335 105 99.8 - 3
5、50 110 105 - 370 115 109 - 380 120 114 - 400 125 119 - 415 130 124 - 430 135 128 - 450 140 133 - 465 145 138 - 480 150 143 - 490 155 147 - 510 160 152 - 530 165 156 - 545 170 162 - 560 175 166 - 575 180 171 - 595 185 176 - 610 190 181 - 625 195 185 - 640 200 190 - 660 205 195 - 675 210 199 - 690 215
6、 204 - 705 220 209 - 720 225 214 - 740 230 219 - 755 235 223 - 770 240 228 20.3 785 245 233 21.3 800 250 238 22.2 820 255 242 23.1 835 260 247 24.0 850 265 252 24.8 865 270 257 25.6 880 275 261 26.4 900 280 266 27.1 915 285 271 27.8 930 290 276 28.5 950 295 280 29.2 965 300 285 29.8 995 310 295 31.0
7、 1030 320 304 32.2 1060 330 314 33.3 1095 340 323 34.4 1125 350 333 35.5 1115 360 342 36.6 1190 370 352 37.7 1220 380 361 38.8 1255 390 371 39.8 1290 400 380 40.8 1320 410 390 41.8 1350 420 399 42.7 1385 430 409 43.6 1420 440 418 44.5 1455 450 428 45.3 1485 460 437 46.1 1520 470 447 46.9 1555 480 (4
8、56) 47.7 1595 490 (466) 48.4 1630 500 (475) 49.1 1665 510 (485) 49.8 1700 520 (494) 50.5 1740 530 (504) 51.1 1775 540 (513) 51.7 1810 550 (523) 52.3 1845 560 (532) 53.0 1880 570 (542) 53.6 1920 580 (551) 54.1 1955 590 (561) 54.7 1995 600 (570) 55.2 2030 610 (580) 55.7 2070 620 (589) 56.3 2105 630 (5
9、99) 56.8 2145 640 (608) 57.3 2180 650 (618) 57.8 660 58.3 670 58.8 680 59.2 690 59.7 700 60.1 720 61.0 740 61.8 760 62.5 780 63.3 800 64.0 820 64.7 840 65.3 860 65.9 880 66.4 900 67.0 920 67.5 940 68.0硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验，生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的
10、相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。下面是本站根据由实验得到的经验公式制作的快速计算器，有一定的实用价值，但在要求数据比较精确时，仍需要通过试验测得。三、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 硬度測定範圍:HS100HB500HRC70HV1300洛氏硬度 布氏硬度 HB10/3000 维氏硬度 HVHRCHRA59.580.767659.
11、080.566658.580.265558.080.064557.579.763557.079.562556.579.261556.078.960555.578.659655.078.453858754.578.153257854.077.952656953.576.652056053.076.351555152.576.150954352.076.950353551.576.649752751.076.349252050.576.148651250.075.8480504硬度換算表HV HRC HBS HV HRC HBS HV HRC HBS940 68 560 53 300 29.8 2
12、84920 67.5 550 52.3 505 295 29.2 280900 67 540 51.7 496 290 28.5 275880 66.4 530 51.1 488 285 27.8 270860 65.9 520 50.5 480 280 27.1 265840 65.3 510 49.8 473 275 26.4 261820 64.7 500 49.1 465 270 25.6 256800 64 490 48.4 456 265 24.8 252780 63.3 480 47.7 448 260 24 247760 62.5 470 46.9 441 255 23.1 2
13、43740 61.8 460 46.1 433 250 22.2 238720 61 450 45.3 425 245 21.3 233700 60.1 440 44.5 415 240 20.3 228690 59.7 430 43.6 405 230 18680 59.2 420 42.7 397 220 15.7670 58.8 410 41.8 388 210 13.4660 58.3 400 40.8 379 200 11650 57.8 390 39.8 369 190 8.5640 57.3 380 38.8 360 180 6630 56.8 370 37.7 350 170
14、3620 56.3 360 36.6 341 160 0610 55.7 350 35.5 331600 55.2 340 34.4 322590 54.7 330 33.3 313580 54.1 320 32.2 303570 53.6310 31 294附录 G 钢的硬度值换算（续）表 1 钢的维氏硬度（HV）与其他硬度和强度的近似换算值 a（续）布氏硬度10mm 钢球3000kg负荷 b洛氏硬度 b表面洛氏硬度表面金刚石圆锥压头维氏硬度 标准钢球钨硬质合金钢球A. 标尺 60-kg负荷金刚圆锥压头 标尺 100-kg负荷金刚圆锥压头 标尺 100-kg负荷金刚圆锥压头 标尺 100-k
15、g负荷金刚圆锥压头15-N标尺15kg负荷30-N标尺30kg负荷45-N标尺45-kg负荷肖氏硬度抗拉强度（近似值）Mpa(1000psi)维氏硬度HV HBS HBW HRA HRB HRC HRD HR15N HR30N HR45N HS b HV1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1337036035034033032031030029529028528027527026535034133132231330329428428027527026526125625235034133132231330329428428027527026526125625269.268.76
16、8.167.667.066.465.865.265.864.564.263.863.563.162.7(109.0)(108.0)(107.0)(105.5)(104.5)(103.5)(102.0)37.736.635.534.433.332.331.029.829.228.527.827.126.425.624.853.652.851.951.150.249.448.447.547.146.546.045.344.944.343.779.278.678.077.476.876.275.674.974.674.273.873.473.072.672.157.456.455.454.453.6
17、52.351.350.249.749.048.447.847.246.445.740.439.137.836.535.233.932.531.130.429.528.727.927.126.225.2504745424140381170(170)1130(164)1095(159)1070(155)1035(150)1005(146)980(142)950(138)935(136)915(133)905(131)890(129)875(127)855(124)840(122)370360350340330320310300295290285280275270265260255250245240
18、230220210200190180170160150140130120110100959085247243238233228219209200190181171162152143133124114105959086812472432382332282192092001901811711621521431331241141059590868162.462.061.661.260.7(101.0)99.598.196.795.093.491.589.587.185.081.778.775.071.266.762.356.252.048.041.024.023.122.221.320.3(18.0
19、)(15.7)(13.4)(11.0)(8.5)(6.0)(3.0)(0.0)43.142.241.741.140.371.671.170.670.169.645.044.243.442.541.724.323.222.221.119.93736343332302928262524222120825(120)805(117)795(115)780(113)765(111)730(106)695(101)670(97)635(92)605(88)580(84)545(79)515(75)490(71)455(66)425(62)390(57)260255250245240230220210200
20、190180170160150140130120110100959085a）在本表中用黑体字表示的值与按 ASTME140 表 1 的硬度转换值一致，由相应的 SAEASMASTM联合会列出的。b）括号里的数值是超出范围的，只是提供参考。利用布氏硬度压痕直径直接换算出工件的洛氏硬度在生产现场，由于受检测仪器的限制，经常使用布氏硬度计测量大型淬火件的硬度。如果想知道该工件的洛氏硬度值，通常的方法是，先测量出布氏硬度值，然后根据换算表，查出相对应的洛氏硬度值，这种方式显然有些繁琐。那么，能否根据布氏硬度计的压痕直径，直接计算出工件的洛氏硬度值呢？答案当然是肯定的。根据布氏硬度和洛氏硬度换算表，可归
21、纳出一个计算简单且容易记住的经验公式：HRC =（479-100D ）/4，其中 D 为 10mm 钢球压头在 30KN 压力下压在工件上的压痕直径测量值。该公式计算出的值与换算值的误差在 0.5 -1 范围内，该公式在现场用起来十分方便，您不妨试一试。附录：金属工艺学金属工艺学是一门研究有关制造金属机件的工艺方法的综合性技术学科. 主要内容:1 常用金属材料性能 2 各种工艺方法本身的规律性及应用. 3 金属机件的加工工艺过程、结构工艺性。 热加工：金属材料、铸造、压力加工、焊接 目的、任务：使学生了解常用金属材料的性质及其加工工艺的基础知识，为学习其它相关课程及以后从事机械设计和制造方面的
22、工作奠定必要的金属工艺学的基础。 以综合为基础，通过综合形成能力 第一篇 金属材料 第一章 金属材料的主要性能 两大类：1 使用性能：机械零件在正常工作情况下应具备的性能。 包括：机械性能、物理、化学性能 2 工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能、切削性能等。 第一节 金属材料的机械性能 指力学性能-受外力作用反映出来的性能。 一 弹性和塑性： 1 弹性：金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能恢复其原来形状的性能。 力和变形同时存在、同时消失。 如弹簧：弹簧靠弹性工作。 2 塑性：金属材料受外力作用时产生永久变形而不至于引起破坏的性能。 （金属之间的连续性没破坏） 塑性大小
23、以断裂后的塑性变形大小来表示。 塑性变形：在外力消失后留下的这部分不可恢复的变形。 3 拉伸图 金属材料在拉伸过程中弹性变形、塑性变形直到断裂的全部力学性能可用拉伸图形象地表示出来。 以低碳钢为例 b k s e （l） 将金属材料制成标准式样。 在材料试验机上对试件轴向施加静压力 P，为消除试件尺寸对材料性能的影响，分别以应力 （即单位面积上的拉力 4P/d2）和应变（单位长度上的伸长量 l/l0 ）来代替 P 和 l，得到应力应变图 1）弹性阶段 oe e弹性极限 2）屈服阶段：过 e 点至水平段右端 s塑性极限，s屈服点 过 s 点水平段说明载荷不增加，式样仍继续伸长。 （P 一定，=P
24、/F 一定，但真实应力 P/F1 因为变形，F 1） 发生永久变形 3）强化阶段：水平线右断至 b 点 P 变形 b强度极限，材料能承受的最大载荷时的应力。 4）局部变形阶段 bk 过 b 点，试样某一局部范围内横向尺寸突然急剧缩小。 “缩颈” （试样横截面变小，拉力） 4 延伸率和断面收缩率：表示塑性大小的指针 1）延伸率： = l 0式样原长， l1拉深后长 2）断面收缩率： F0原截面，F 1拉断后截面 * 1） 、 越大，材料塑性越好 2） 与 区别：拉伸图中 = 弹 + 塑 ， =mas 塑 3）一般 5%为塑性材料，5%为脆性材料。 5 条件屈服极限 0。2 有些材料在拉伸图中没有
25、明显的水平阶段。通常规定产生 0.2 塑性变形的应力作为屈服极限,称为条件屈服极限. 二 刚度 金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力 1 材料本质 弹性模量在弹性范围内,应力与应变的比值.其大小主要决定材料本身. 相当于单位元元变形所需要的应力. =, =/=tg 2 几何尺寸形状受力 相同材料的 E 相同,但尺寸不同,则其刚度也不同.所以考虑材料刚度时要把 E形状尺寸同时考虑.还要考虑受力情况. 三 强度 强度指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力. 按作用力性质的不同,可分为: 抗拉强度 + 抗压强度 - 抗弯强度 w 抗剪强度 b 抗扭强度 n 常用来表示金属材料强度的指标: 屈服
26、强度: (Pa N/m2) Ps-产生屈服时最大外力, F 0-原截面 抗拉强度 (Pa N/m2) Pb-断裂前最大应力. s b 在设计机械和选择评定材料时有重要意义.因金属材料不能在超过 s 的条件下工作,否则会塑变.超过 b 工作,机件会断裂. s-b 之间塑性变形,压力加工 四 硬度 金属抵抗更硬的物体压入其内的能力 是材料性能的综合物理量,表示金属材料在一个小的体积范围内的抵抗弹性变形塑性变形或断裂的能力. 1 布式硬度 HB 用直径 D 的淬火钢球或硬质合金球 ,在一定压力 P 下,将钢球垂直地压入金属表面,并保持压力到规定的时间后卸荷,测压痕直径 d(用刻度放大镜测 )则 HB
27、=P/F (N/mm2) 单位一般不写. F-压痕面积. HBS压头用淬火钢球, HBW压头用硬质合金球 l 因钢球存在变形问题 ,不能测太硬的材料,适于 HBS450, 如铸铁,有色金属,软钢等. 而 H l 特点：压痕大，代表性全面 l 应用：不适宜薄件和成品件 洛式硬度 用金刚石圆锥在压头或钢球，在规定的预载荷和总载荷下，压入材料，卸载后，测其深度，由公式求出，可在硬度计上直接读出，无单位 不同压头应用范围不同如下表： HRB 1.588 淬火钢球 980.7 退火钢 灰铁 有色金属 HRC 1471 淬火 回火件 HRA 1200 金刚石圆锥 588.4 硬质合金 碳化物 优点:易操作
28、,压痕小,适于薄件 ,成品件 缺点:压痕小,代表性不全面需多测几点 . *硬度与强度有一定换算关系,故应用广泛.根据硬度可近似确定强度,如灰铁: b=1HBS 3 显微硬度(Hm) 用于测定金属组织中个别组成体,夹杂物等硬度. 显微放大测量 显微硬度(查表 )与 HR 有对应关系.如: 磨削烧伤表面,看烧伤层硬度变化. 五 冲击韧性 ak 材料抵抗冲击载荷的能力 常用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的冲击韧性,标准试样一次击断,用试样缺口处单位截面积上的冲击功来表示 ak ak=Ak/F(J/m2) Ak=G(H-h) G-重量 F-缺口截面 脆性材料一般不开口,因其冲击值低,难以比较差别. 1 ak,冲击韧性愈好.
