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硬度测试标尺选择参考

“硬度测试标尺选择参考图”解析
——布、洛、维三种硬度计的选用

     国际标准ISO18265—2003中有一个“硬度测试标尺选用参考图”。这一参考图对于在金属硬度测试中如何选用硬度标尺给出了一个很直观的指导。笔者就自己所知,对图1所示的参考图解析如下:
     
图1 硬度测试标尺选择参考图
(取自国际标准ISO18265—2003)
   图1中横坐标是维氏硬度HV30,范围是50~1100。纵坐标Y1是洛氏硬度,范围是0~120。纵坐标Y2是布氏硬度,范围分为两部分,0~450为使用钢球压头,450~650为使用硬质合金球压头。
   从这份图上可读图中区域1是有色金属,区域2是钢铁,区域3是硬质合金。从这份图上可读到以下信息:
   维氏硬度试验在跨越有色金属、钢铁和硬质合金的宽广硬度范围内具有一个统一的标尺,图中示出的维氏硬度测试范围是50~1100HV。
   其实维氏硬度计具有更宽测试范围,测试的硬度值可以从几个HV到3000HV以上。可以涵盖几乎全部的金属材料,从很软的金属到很硬的淬火钢、硬质合金,以及玻璃、矿石、陶瓷、人造金刚石等。
2.布氏硬度计
    *  布氏硬度计用于测试有色金属和大部分钢铁材料。
    * 低硬度有色金属,例如铝和铝合金、紫铜等材料应采用0.102F/D2=5的试验条件,也可采用0.102F/D=10的试验条件,硬度范围为50~100HBS.高硬度有色金属,例如超硬铝合金、黄铜、青铜等应采用0.102F/D2=10的试验条件,硬度范围为100~150HBS.钢铁材料应采用0.102F/D2=30的试验条件,硬度范围为150~450HBS及450~650HBW。
    * 布氏硬度计测试范围的上限值是650HBW,这一数值相当于洛氏硬度的60HRC。
    *  布氏硬度值和维氏硬度值具有较好的线性关系。
    * 布氏硬度值和维氏硬度值数值接近,在硬度值小于450HB时大致有如下关系:HB≈HV。
    * 布氏硬度计在硬度值为450以下时,应采用钢球压头,记作HBS,在硬度值450以上时应采用硬质合金球压头,记作HBW。
    (关于布氏硬度试验的国际标准ISO6506.1-1999和中国标准GB/T231.1-2002都取消了钢球压头,统一采用硬质合金球压头。以后在进行布氏硬度试验时,钢球压头和HBS硬度值将不再采用。)
3.洛氏硬度计
   洛氏硬度试验根据试验力和压头的不同组合,有多种标尺可以选择,不同的标尺用于测试不同硬度范围或尺寸范围的材料。
  *  HRA标尺用于测试钢铁材料和硬质合金。其测试范围约为50~87HRA,在洛氏硬度试验的各标尺中,HRA是唯一可用于测试硬质合金材料的。
事实上,由于HRC标尺的广泛应用,HRA标尺很少用于测试一般钢铁材料,它的用途仅限于测试硬质合金、薄硬钢带和中等厚度的表面硬化钢。
    * HRC标尺是所有硬度试验方法中应用蕞为广泛的,钢铁材料的硬度测试主要采用HRC标尺。
HRC标尺的测试范围包括调质钢、淬火钢、回火钢、硬铸铁、珠光体可锻铸铁和钛合金等,硬度值范围在20~67HRC。
尽管标准中给出HRC标尺的上限值可达到70HRC,但是考虑到金刚石压头的寿命,当硬度值大于67HRC时,人们一般都改用HRA标尺。
    * 采用金刚石压头的表面洛氏HR15N、HR30N、HR45N标尺,其硬度测试范围与HRC相当,都是从较硬的软钢到高硬度的淬火钢。这三个标尺的采用,实际上是对HRC标尺的补充,当试样硬度符合HRC的测试范围,只是厚度不足时,就可改用表面洛氏硬度N标尺。国家标准规定,对于采用金刚石压头的洛氏硬度标尺,试样厚度应大于压痕深度的10倍。HRC标尺的试验力是150kg。而HRN标尺的试验力只有15~45kg,减小了试验力,压痕就会变浅,就不会因试样过薄,发生测砧效应而影响硬度测试的准确性。三种标尺的选用规则也是根据试样的厚度。较厚的试样用HR45N标尺,蕞薄的试样用HR15N标尺,采用HR15N标尺测试淬火硬钢片时,试样厚度可薄至0.15mm。当一个试样的厚度可以同时满足两个以上N标尺要求时,应选用其中试验力蕞大的一个标尺,这样有助于提高测试精度。
    *HRC硬度值和维氏硬度HV及布氏硬度HB之间有着一个粗略的换算关系,了解了这一换算关系常常会给人们带来方便。我们可以粗略认为下列关系存在:HRC≈0.1HV≈0.1HB。
    * HRB标尺也是应用很广泛的硬度测试标尺。它是较硬的有色金属和软钢的主要硬度测试手段。在高硬度黄铜、青铜、不锈钢、冷轧钢板的产品标准中都有采用HRB标尺测试材料力学性能的规定。图1所示HRB标尺的测试范围是10~100HRB,当硬度值接近100HEB时,硬度测试的灵敏度降低,这时应改用HRC标尺。国家标准GB/T230.1-2002规定的HRB标尺测试范围是20~100HRB,这一点与图1是不同的。当材料硬度小于20HRB时,由于压头压入过深,影响测试准确性,此时应改用低一级的HRF标尺。
    *  HRF标尺是应用较广泛的硬度测试标尺,它在图1中位于HRB标尺的左侧,用于测试比HRB更软的材料,例如紫铜、退火的黄铜、退火的薄钢板、一般的铝合金等。图1中HRF标尺测试范围的下限值低于50HRF,上限值接近120HRF,但是,无论是国际标准,还是中国标准,规定的HRF标尺适用范围都是60~100HRF。当硬度值超过100HRF时,应改用高一级的HRB标尺。当硬度值低于60HRF时,应改用低一级的HRH标尺。
   国家标准规定,对于采用钢球压头的各种洛氏硬度标尺,试样厚度应大于压痕深度的15倍。当采用HRB、HRF标尺试样厚度已经不能满足标准的要求时,应改用表面洛氏硬度T标尺,T标尺是HRB、HRF标尺的补充,用于测试软金属薄材料。
   图1中只给出了HR30T标尺,其实共有HR15T、HR30T、HR45T三个标尺可供选择,选用的规则也是根据材料的厚度,厚一些的材料用HR45T标尺,薄的材料用HR15T标尺。在材料厚度可以满足要求的条件下,应尽量选用大一些的试验力,这样有助于提高测试精度。对于T标尺测试范围内的高硬度试样,可测试的蕞小试样厚度达到0.15mm。
   图1作为选用硬度试验方法的参考非常直观,十分便于理解和记忆。这是一份重要的、不可多得的技术资料。
    值得注意的是,这一参考图只可用于硬度试验方法的选择,不可用于硬度值的换算。