硬度相关计算

布氏硬度

1.测试用压头：直径为D的钢球或硬质合金球；

2.适用范围：对金属来讲，只适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。

3.优点：测量误差小，数据稳定；

4.缺点：压痕大，不能用于太薄件或成品件。

5、布氏硬度计HBE-3000外形设计上美观大方，有使用简单方便，免计算查表等特点方便了广大用户的使用。布氏硬度试验是所有硬度试验中压痕zui大的一种试验法，它能反映出材料的综合性能，不受试样组织显微偏析及成分不均匀的影响，所以它是一种精度较高的硬度试验法。

布氏硬度计HBE-3000技术参数：

总试验力（N）：612.5,980,1225

布氏硬度试验（N）：1837.5,2450,4900,7350,9800,14700,29400

硬度测量范围：8-650HBW（硬质合金钢球）

显微镜放大倍率：20X

试件允许zui大高度（mm）：220

压头中心到机身距离（mm）：135

布氏硬度计电源电压：AC220V/50HZ

洛氏硬度

1.洛氏硬度的分类及适用范围：根据压头的材料及压头所加的负荷不同，洛氏硬度可分为：HRA、HRB、HRC。HRA 适用于测量硬质合金、表面淬火层或渗碳层；HRB 适用于测量有色金属和退火、正火钢等；HRC 适用于调质钢、淬火钢等。

2.洛氏硬度的优点：操作简单、压痕小、适用范围广；

3.洛氏硬度的缺点：测量结果分散度大。

4、洛氏硬度计R(D)-150A1是一款手动加卸试验力的洛氏硬度计，适用黑色金属、有色金属的洛氏硬度测定。广泛适用于工厂车间和计量部门。

洛氏硬度计R(D)-150A1技术参数：

初试验力（N）：98

总试验力（N）：588,980,1471

硬度示值读数方式：表式

试件允许zui大高度（mm）：170

压头中心到机身距离（mm）：140

硬度测试范围：

（20-88）HRA

（20-100）HRB

（20-70）HRC

维氏硬度

1.测试用压头：金刚石四方角锥体，所加负荷较小；

2.维氏硬度的优点：保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点，既可测量由极软到极硬的材料的硬度，又能相互比较。

3.维氏硬度计HVC-1是手动型维氏硬度计，而HVC-5D1型是自动转塔硬度计。本机采用高倍率光学测量系统，目镜鼓轮一次读数。可测定钢、有色金属、IC薄片、薄塑料、金属薄片、涂层、表面覆层、层压金属、热处理碳化层和淬火硬化层的深度与硬度梯度。

维氏硬度计HVC-1内置硬度计算器，可通过输入压痕对角线长度，直接在LCD屏幕上显示硬度值。

维氏硬度计HVC-1技术参数：

显微硬度标尺：HV0.2,HV0.5,HV1.0,HV2.0,HV3.0,HV5.0

显示：保持时间，硬度值，试验力

试验力（kgf):0.2 - 0.5 - 1.0 - 2.0 - 3.0 - 5.0

加载控制：自动（加载/保持/卸载）

试验力保持时间（s):1～99

试验力选择：外置式选力旋钮，试验力显示在LCD屏上

物镜：10×，20×

目镜放大倍数：10×

总放大倍数（μm):100×，200×

测量范围（μm):400

分辨率（μm):0.5

测量范围：（5-3000)HV

XY试台尺寸（mm):100×100

行程范围（mm):25×25

zui小读数（mm):0.01

试件zui大高度（mm）：85

试件zui大宽度（mm):120（从压头中心线至机壁距离）

输出：内置式微打（选配）、RS232串行接口

维氏硬度计电源电压：AC220V/50HZ

所有的硬度计都不具备防水功能，请注意！

努氏硬度

努氏（Knoop）硬度试验基本原理是将两长棱夹角为172°30’、 短棱夹角为130°的底面为菱形的金刚石四棱锥体压头（图3.2-1），在一定的试验力作用下压入试样表面，保持一定的时间后，卸除试验力，测量压痕长对角线的长度，如图3.2-2所示，以试验力除以压痕投影面积所得的商表示努氏硬度值。

换算公式

1.洛式硬度（HRC)= 勃式硬度（BHN)/10-3

硬度测定范围：

HS<100

HB<500

HRC<70

HV<1300

硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标。是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。

实践证明：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。

布氏硬度HB ：

布式硬度上限值HB650，不能高于此值。

布氏硬度计之压头为淬硬钢球HBS或硬质合金球HBW，试验载荷随球直径不同而不同，从3000到31.25公斤力。

布式硬度压痕较大，测量值准，不适用成品和薄片，一般不归于无损检测一类。

布式硬度值有单位，且和抗拉强度有一定的近似关系。

布式硬度需要用显微镜测量压痕直径，然后查表或计算。

洛氏硬度HRA，HRB，HRC：

HRB，HRC、.洛氏硬度计C标尺之压头为顶角120度的金刚石圆锥，试验载荷为一确定值，中国标准是150公斤力。

洛式硬度压痕很小，测量值有局部性，须测数点求平均值，适用成品和薄片，归于无损检测一类。

洛式硬度值是“无名数”，没有单位。因此习惯称洛式硬度为多少度是不正确的。

维氏硬度HV：

橡胶塑料邵氏硬度HA,HD等硬度其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。

里氏硬度Hl、肖氏硬度HS则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性变形功的大小，而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。

1.HRC含意是洛式硬度C标尺，

3.HRC适用范围HRC 20--67，相当于HB225--650

若硬度高于此范围则用洛式硬度A标尺HRA。

若硬度低于此范围则用洛式硬度B标尺HRB。

在热处理行业中里氏硬度计的实际应用

热处理是提高和保证机械产品质量及可靠性、提高制造业市场竞争力的重要基础之一，其行业水平的高低对制造业发展起着举足轻重的作用。中国的热处理行业除了少数厂家外，总体水平远不能适应加入WTO后热处理行业面临的更激烈的市场竞争环境。在这其中，中国的热处理检测设备更为落后。严重的限制和阻碍了工艺技术的发展和造成产品质量的不稳定，更重要的是不能有效的防止产品出现不必要的质量事故。下面我就机械零件、工模具热处理后zui常用的硬度测试来举例。

硬度是衡量金属材料软硬的一个指标，硬度值实际上不是一个单位的物理量，它是表征着材料的弹性、塑性、形变、强化率、强度和韧性等一系列不同物理量组合的一种综合性能指标，一般可以认为硬度是指金属表面上不大体积内抵抗变形破裂的能力。采用便携式里氏硬度计进行硬度检测的实用价值在于不必破坏工件并可成批检验零件，已成为产品质量检查、制定合理工艺和分析产品质量的重要实验方法之一。

根据对里氏硬度计的使用状况与使用方式，里氏硬度计是压入和回跳硬度值组合的一种测试方式，从结构上有它*而又广泛的实用性，尤其是测试大中型尺寸而且形状复杂的工件及工模具的硬度值与失效分析，具有其他类型硬度计不可替代的优势。

结构件及模具检测实际使用情况

一、用里氏硬度计测试硬度来分析、验证大型齿轴、内齿圈预处理工艺及渗碳淬火工艺的方法：

1、预处理工艺后测试

这道工艺操作后的质量直接影响渗碳工艺操作后齿轴、内齿圈渗碳层硬度分布的均匀性、齿部的变形量。更重要的是芯部的强度（未渗层）。当用里氏硬度计测试齿轴的齿部及柄部、内齿圈的外圆内径及端面，如果发现测试的同一区域硬度zui高和zui低的相差较大，在审查仪表炉温、装炉方式、工艺冷却方式都正常的前提条件下，就可根据硬度值高低差值及分布的状况，推断出工件内组织存在着偏析或带状组织。如金相图片显示的带状偏析

因为用硬度法测试的实况是测试点在黑色的珠光体带硬度偏高，在白色铁素体带硬度偏低。这种组织缺陷在随后的渗碳淬火工艺操作中是不可能消除，而是被保留下来。一旦大型齿轴、内齿圈存在这种组织缺陷，在装机使用时不仅会造成使用寿命短的问题，而且常造成重大设备事故。当我们通过测试硬度法可推断出锻件中有这种带状偏析后，立即采用固溶处理工艺操作或其他消除带状偏析的工艺即可消除缺陷，从而防止设备事故的发生、减少损失。

2、渗碳工艺后测试

这道工艺氏齿轴与内齿圈的zui终热处理工艺，通常检验人员只对试样测试HRC硬度，

然后再切开试样做金相分析：渗层马氏体级别、碳化物级别、形态分布、残余奥氏体量形态、心部马氏体级别，再用显微硬度计测试渗层从表层至HV550硬度为深层深度以上操作作为终检。但从现场发生齿轴早期失效断轴，齿部严重磨损的事故分析中发现，实物的硬度低于试样的硬度，尤其常常出现在深层渗碳时，原因是实物齿轴、内齿圈与试样不是同块料上截取下来的，也不是同一炉所做的预处理。这样在实物与试样渗前原始组织不同，渗后的组织与硬度有一定差异，更主要的是在整个渗碳工艺操作中，由于工件的摆放及渗碳表面积巨大的差异（化学热处理吸收过程的相界面反应及主要因素中有一条渗入介质各组分的浓度与工件表面状态、表面形状、表面积大小及表面能量对化学热处理过程有极其重要的影响）把里氏硬度计测试出的硬度与试样上洛氏硬度计及显微硬度计测试出的硬度相比较、加之对试样渗层的金相组织分析结合起来，就可较快而准确的找出产生质量问题的原因。加之作必要的工艺调整，可在工件组装前就把事故隐患消除。

二、用里氏硬度计测试硬度来分析、验证中大型复杂结构模具工艺，

这是一支用马氏体不锈钢所制作的饲料模具，主要用于生产饲料。模具上有10000～27000个孔，每小时有10吨的混合饲料粉状物从模孔区挤出成为颗粒状。所以环模质量与使用寿命的关键控制点是环模上模孔区的硬度与渗层。以下是模孔磨损的实物图片：

由于模具尺寸大，而且模孔分布在外圆上，测试点是个曲面，孔与孔之间的间距一般有3～4mm，在这种条件下正好发挥了里氏硬度计的多样适用性与小巧携带方便的特点，能够准确的测试出模孔处实际硬度。根据实测的硬度以及对试块所作的金相分析，可更合理的修正和制定工艺，充分发挥材料潜力，提高使用寿命。如环模一小时出10吨饲料，当延长10小时使用寿命就可出100吨饲料，会给企业带来巨大的经济效益。

三、工模具失效分析中里氏硬度计的作用

材质5CrMnMo大型热锻模具在使用中常因为型腔早期磨损、塌陷而失效。

当用里氏硬度计对磨损区测试硬度时发现磨削的硬度值低于未使用前测试的硬度（38～42HRC）在32～34HRC范围。这就说明在红热的毛坯（>10000C）对型腔加热的第二阶段（毛坯在型腔加热大体可分为四个阶段），受热量大约在80%～85%时，因模腔壁厚散热慢，某些点区温度高达6500C以上。当模具型腔因传导受热后温度超过模具回火温度，模具在工作过程中是处在继续回火过程阶段，将继续发生组织与性能的变化，就造成了磨损区硬度值的降低而发生热磨损，就表明5CrMnMo这种热作模具钢不适宜做大型模具。当选用600～6500C温区内服役的热作模具如3Cr2W8V，3Cr3Mo3VNb这类热稳定性、热强性、屈服强度的热作模具钢比采用5CrMnMo更适宜。

在中国这个工业化进程还远没有完成的情况下，迫切需要努力缩短与*制造水平的差距，作为企业必须从战略高度上来认识到热处理行业，不仅从设备、工艺，尤其是检测设备急需要不断吸取国内外新技术，更要看在热处理企业中实际生产应用的情况。这才是一个非常明智的举措，因为在加入WTO后按世贸规则有五年过渡期，对中国制造业而言，这是一个非常关键的时期，之所以说是关键是因为过渡期后中国制造业企业基本上将处于国外大公司同等竞争地位，而且在这过渡期中，我们尚可充分准备提升竞争力，所以这是对企业非常紧迫的要求。

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