洛氏硬度是以壓痕塑性變形深度來(lái)確定硬度值的指標(biāo)，以0.002毫米作為一個(gè)硬度單位。在洛氏硬度試驗(yàn)中采用不同的壓頭和不同的試驗(yàn)力，會(huì)產(chǎn)生不同的組合，對(duì)應(yīng)于洛氏硬度不同的標(biāo)尺。常用的有3個(gè)標(biāo)尺，其應(yīng)用涵蓋了幾乎所有常用的金屬材料。
洛氏硬度(HR)測(cè)試當(dāng)被測(cè)樣品過(guò)小或者布氏硬度(HB)大于450時(shí)，就改用洛氏硬度計(jì)量。試驗(yàn)方法是用一個(gè)頂角為120度的金剛石圓錐體或直徑為1.5875mm/3.175mm/ 6.35mm/12.7mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測(cè)材料表面，由壓痕深度求出材料的硬度。最常用的三種標(biāo)尺為A、B、C，即HRA、HRB、HRC，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料硬度的不同，選用不同硬度范圍的標(biāo)尺來(lái)表示:
HRA是采用60Kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度較高的材料。例如:鋼材薄板、硬質(zhì)合金。
HRB 是采用100Kg載荷和直徑1.5875mm淬硬的鋼球求得的硬度，用于硬度較低的材料。例如:軟鋼、有色金屬、退火鋼等。
HRC 是采用150Kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度較高的材料。例如:淬火鋼、鑄鐵等。
折疊硬度標(biāo)準(zhǔn)
洛氏硬度沒有單位，是一個(gè)無(wú)綱量的力學(xué)性能指標(biāo)，因此習(xí)慣稱洛式硬度為多少度是不正確的。其最常用的硬度標(biāo)尺有A、B、C三種，通常記作HRA、HRB、HRC，其表示方法為硬度數(shù)據(jù)+硬度符號(hào)，如50HRC。
洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C為三種不同的標(biāo)準(zhǔn)，稱為標(biāo)尺A、標(biāo)尺B、標(biāo)尺C。
洛氏硬度試驗(yàn)是現(xiàn)今所使用的幾種普通壓痕硬度試驗(yàn)之一，三種標(biāo)尺的初始?jí)毫鶠?/span>98.07N(合10kgf)，最后根據(jù)壓痕深度計(jì)算硬度值。標(biāo)尺A使用的是球錐菱形壓頭，然后加壓至588.4N(合60kgf);標(biāo)尺B使用的是直徑為1.5875mm(1/16英寸)的鋼球作為壓頭，然后加壓至980.7N(合100kgf);而標(biāo)尺C使用與標(biāo)尺A相同的球錐菱形作為壓頭，但加壓后的力是1471N(合150kgf)。因此標(biāo)尺B適用相對(duì)較軟的材料，而標(biāo)尺A、C適用較硬的材料。
實(shí)踐證明，金屬材料的硬度值與強(qiáng)度值之間具有近似的相應(yīng)關(guān)系。因?yàn)橛捕戎凳怯善鹗妓苄宰冃慰沽屠^續(xù)塑性變形抗力決定的，材料的強(qiáng)度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。但各種材料的換算關(guān)系并不一致。
折疊測(cè)試
有一些標(biāo)尺(如含N、T、W、X、Y的標(biāo)尺)是對(duì)洛氏硬度試驗(yàn)的補(bǔ)充，由表面洛氏硬度試驗(yàn)得出。因?yàn)樵诓捎寐迨嫌捕仍囼?yàn)時(shí)，當(dāng)遇到材料較薄，試樣較小，表面硬化層較淺或測(cè)試表面鍍覆層等情況時(shí)，就應(yīng)改用表面洛氏硬度試驗(yàn)。
之所以分出這么多種標(biāo)尺，是因?yàn)樵跇?biāo)尺的使用中，越靠近上下限就越不準(zhǔn)。
HRC標(biāo)尺的使用范圍是20~70HRC，當(dāng)硬度值小于20HRC時(shí)，因?yàn)閴侯^的圓錐部分壓入太多，靈敏度下降，這時(shí)應(yīng)改用HRB標(biāo)尺。盡管HRC標(biāo)尺的上限值為70HRC，但是當(dāng)試樣硬度大于67HRC時(shí)，壓頭尖端承受的壓力過(guò)大，金剛石容易損壞，壓頭壽命會(huì)大大縮短，所以在測(cè)量偏HRC標(biāo)尺上限的硬度時(shí)，應(yīng)使用HRA標(biāo)尺，因?yàn)?/span>HRA的上限范圍同HRC相當(dāng)，但試驗(yàn)力要小很多。
HRA標(biāo)尺的使用范圍是20-88HRA，由美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM E140可以獲得以下?lián)Q算關(guān)系:
27HRA≈30HRB
60HRA≈225HRB≈20HRC
85.6HRA≈68HRC
可見，在同等數(shù)值的情況下，對(duì)應(yīng)標(biāo)尺的硬度由高到低為C、A、B，但HRA標(biāo)尺的測(cè)試范圍廣，基本包含了HRB和HRC，涵蓋了從軟鋼(HRB)、硬鋼(HRC)到硬質(zhì)合金的硬度范圍。但事實(shí)上，HRA標(biāo)尺很少用于測(cè)試軟鋼，主要用于測(cè)試薄硬鋼板、深層滲碳鋼和硬質(zhì)合金。在硬質(zhì)合金方面，由于技術(shù)進(jìn)步，有些材料硬度已達(dá)到93-94HRA，材料硬度超出HRA的測(cè)量范圍上限已成為慣例。依借于HRA標(biāo)尺測(cè)試范圍廣的特性，在使用洛氏硬度計(jì)測(cè)試鋼試樣時(shí)，如果不知試樣是軟鋼還是硬鋼，可先用HRA標(biāo)尺試測(cè)一下，當(dāng)硬度值小于60HRA時(shí)可改用HRB標(biāo)尺，當(dāng)硬度值大于60HRA時(shí)可改用HRC標(biāo)尺。
HRB標(biāo)尺的使用范圍是20~100HRB，當(dāng)硬度值低于20HRB時(shí)，由于鋼球的壓入深度過(guò)大，金屬蠕變加劇，試樣在試驗(yàn)力作用下的變形時(shí)間延長(zhǎng)，測(cè)試值準(zhǔn)確度降低，此時(shí)應(yīng)改用HRF標(biāo)尺。當(dāng)硬度值大于100HRB時(shí)，因?yàn)殇撉驂喝肷疃冗^(guò)淺，靈敏度降低，精度下降，此時(shí)應(yīng)改用HRC標(biāo)尺。在使用HRB標(biāo)尺測(cè)試鋼試樣時(shí)，一個(gè)特別值得注意的地方是:當(dāng)預(yù)先不知道試樣是軟鋼還是硬鋼時(shí)，決不可使用HRB標(biāo)尺做測(cè)試，因?yàn)橛娩撉驂侯^誤測(cè)了淬火鋼，鋼球就可能會(huì)變形，鋼球壓頭就會(huì)損壞，這是鋼球壓頭損壞的主要原因。遇到這種情況時(shí)應(yīng)先用金剛石壓頭，用HRA標(biāo)尺測(cè)試一下，再?zèng)Q定是用HRB還是用HRC。
HRF標(biāo)尺的使用范圍是60~100HRF。HRF標(biāo)尺是國(guó)外使用較多的一個(gè)標(biāo)尺，它是測(cè)試純銅和較軟的銅合金材料很好的檢測(cè)手段。但是在中國(guó)，也存在標(biāo)準(zhǔn)硬度塊短缺的問(wèn)題，它的應(yīng)用也受到了限制。
HRG標(biāo)尺適用于HRB值接近100的材料，對(duì)于鈹青銅、磷青銅、可鍛鑄鐵這些硬度范圍介于HRB標(biāo)尺的高端和HRC標(biāo)尺低端的材料，如果改用HRG標(biāo)尺，就可以大大改善測(cè)試的靈敏度，提高測(cè)試精度。
除了針對(duì)金屬類的洛氏硬度，還有針對(duì)塑料類和橡膠類的洛氏硬度(HRR)
折疊區(qū)別和換算
鋼材的硬度:金屬硬度(Hardness)的代號(hào)為H。按硬度試驗(yàn)方法的不同，
●常規(guī)表示有布氏(HB)、洛氏(HRC)、維氏(HV)、里氏(HL)硬度等，其中以HB及HRC較為常用。
●HB應(yīng)用范圍較廣，一般用于材料較軟的時(shí)候，如有色金屬、熱處理之前或退火后的鋼鐵。HRC適用于表面高硬度材料。HRC適用范圍HRC 20-67，相當(dāng)于HB225-650。兩者的原理區(qū)別在于:布氏硬度以壓痕直徑來(lái)衡量硬度，而洛氏硬度(HR)以壓痕深度來(lái)衡量硬度。洛式硬度壓痕很小，測(cè)量值有局部性，須測(cè)數(shù)點(diǎn)求平均值，適用成品和薄片，歸于無(wú)損檢測(cè)一類。布式硬度壓痕較大，測(cè)量值準(zhǔn)，不適用成品和薄片，一般不歸于無(wú)損檢測(cè)一類。
●HV-適用于顯微鏡分析。維氏硬度(HV)以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度值(HV)。
●HL手提式硬度計(jì)，測(cè)量方便，利用沖擊球頭沖擊硬度表面后，產(chǎn)生彈跳;利用沖頭在距試樣表面1mm處的回彈速度與沖擊速度的比值計(jì)算硬度，公式:里氏硬度HL=1000×VB(回彈速度)/ VA(沖擊速度)，所以撞擊響聲以通透為好。
●目前最常用的便攜式里氏硬度計(jì)用里氏(HL)測(cè)量后可以轉(zhuǎn)化為:布氏(HB)、洛氏(HRC)、維氏(HV)、肖氏(HS)硬度。
折疊樣品要求
洛氏硬度計(jì)和表面洛氏硬度計(jì)的標(biāo)尺(即不同的壓頭和試驗(yàn)力組合)通常按材料種類、試樣厚度和硬度范圍三方面的因素來(lái)選擇，具體選擇方法敘述如下:
按材料種類選擇
A標(biāo)尺多用于測(cè)量碳化鎢、硬質(zhì)合金、表面硬化零件等等的硬度;
B標(biāo)尺多用于測(cè)量有色金屬、合金及退火鋼等低硬度的零件的硬度;
C標(biāo)尺多用于測(cè)量碳鋼、工具鋼及合金鋼等經(jīng)淬火、回火處理的試樣的硬度。
按材料選擇并不是一種嚴(yán)格的做法。因?yàn)槊恳环N材料隨著其所采用的不同的熱處理工藝，其最終硬度不可能相同，因此所適應(yīng)的硬度標(biāo)尺也不會(huì)相同。
|
Scale |
Indenter |
Preliminary |
Total |
Application |
|
HRA |
Diamond cone |
98.07 |
588.4 |
Sheet steel: shallow case-hardened |
|
HRB |
Ball 1.5875 mm dia. |
98.07 |
980.7 |
Cu and Al alloys; annealed low C steels |
|
HRC |
Diamond cone |
98.07 |
1471 |
Hard steels; CI, deep case-hardened |
|
HRD |
Diamond cone |
98.07 |
980.7 |
Thin hard steel; med. case-hardened |
|
HRE |
Ball 3.175 mm dia. |
98.07 |
980.7 |
Cast iron; Al; Mg; and bearing metals |
|
HRF |
Ball 1.5875 mm dia. |
98.07 |
588.4 |
Annealed Cu alloys; thin soft sheets |
|
HRG |
Ball 1.5875 mm dia. |
98.07 |
1471 |
Malleable CI; bronzes; Cu-Ni alloys |
|
HRH |
Ball 3.175 mm dia. |
98.07 |
588.4 |
Soft materials; high ferritic; Al; Pb; Zn |
|
HRK |
Ball 3.175 mm dia. |
98.07 |
1471 |
Al and Mg alloys |
|
HRL |
Ball 6.350 mm dia. |
98.07 |
588.4 |
Thermoplastics |
|
HRM |
Ball 6.350 mm dia. |
98.07 |
980.7 |
Thermoplastics |
|
HRP |
Ball 6.350 mm dia. |
98.07 |
1471 |
Thermosetting plastics |
|
HRR |
Ball 12.70 mm dia. |
98.07 |
588.4 |
Very soft plastics and rubbers |
|
HRS |
Ball 12.70 mm dia. |
98.07 |
980.7 |
- |
|
HRV |
Ball 12.70 mm dia. |
98.07 |
1471 |
- |
|
HR15N |
Diamond cone |
29.42 |
147.1 |
Hardness tests used for thin sheets, foils, coatings, surface heat treatments, and polymers including their surface treatments |
|
HR30N |
Diamond cone |
29.42 |
294.2 |
|
|
HR45N |
Diamond cone |
29.42 |
441.3 |
|
|
HR15T |
Ball 1.5875 mm dia. |
29.42 |
147.1 |
|
|
HR30T |
Ball 1.5875 mm dia. |
29.42 |
294.2 |
|
|
HR45T |
Ball 1.5875 mm dia. |
29.42 |
441.3 |
|
|
HR15W |
Ball 3.175 mm dia. |
29.42 |
147.1 |
|
|
HR30W |
Ball 3.175 mm dia. |
29.42 |
294.2 |
|
|
HR45W |
Ball 3.175 mm dia. |
29.42 |
441.3 |
|
|
HR15X |
Ball 6.350 mm dia. |
29.42 |
147.1 |
|
|
HR30X |
Ball 6.350 mm dia. |
29.42 |
294.2 |
|
|
HR45X |
Ball 6.350 mm dia. |
29.42 |
441.3 |
|
|
HR15Y |
Ball 12.70 mm dia. |
29.42 |
147.1 |
|
|
HR30Y |
Ball 12.70 mm dia. |
29.42 |
294.2 |
|
|
HR45Y |
Ball 12.70 mm dia. |
29.42 |
441.3 |
展開
按樣品的硬度范圍選擇
1:樣品硬度與材料成分及熱處理工藝的關(guān)系:在相同的熱處理工藝下，材料的含碳量越高，材料的硬度也越高。對(duì)應(yīng)于相同的材料，由工藝引起的硬度高低是:淬火、正火、退火。
2:各種洛氏硬度標(biāo)尺的適應(yīng)范圍。每種洛氏硬度標(biāo)尺都有一個(gè)可用范圍，這一點(diǎn)很容易從硬度計(jì)刻度盤上的分度來(lái)確定。
不同洛氏硬度標(biāo)尺(不包括表面洛氏硬度標(biāo)尺)的使用范圍如下:
|
標(biāo)尺 |
使用范圍 |
硬度符號(hào) |
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A |
20-88HRA |
HRA |
|
B |
20-100HRB |
HRB |
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C |
20-70HRC |
HRC |
|
D |
40-77HRD |
HRD |
|
E |
70-100HRE |
HRE |
|
F |
60-100HRF |
HRF |
|
G |
30-94HRG |
HRG |
|
H |
80-100HRH |
HRH |
|
K |
40-100HRK |
HRK |
按厚度或硬化層深度
洛氏硬度試驗(yàn)對(duì)樣品試樣有要求，其厚度不能小于殘余壓痕深度的10倍，試樣背面不能出現(xiàn)明顯的變形痕跡。由此樣品的厚度決定了載荷的選擇，載荷必須保證其所引起的變形小于樣品的最小厚度。對(duì)于每一種硬度試驗(yàn)，都存在最小可測(cè)量厚度。