硬度计的原理及构造-1(洛氏)
2011/09/08 13:15
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方案摘要:
硬度反映了材料弹塑性变形特性,是一项重要的力学性能指标。与其他力学性能的测试方法相比,硬度试验具有下列优点:试样制备简单,可在各种不同尺寸的试样上进行试验,试验后试样基本不受破坏;设备简便,操作方便,测量速度快;硬度与强度之间有近似的换算关系,根据测出的硬度值就可以粗略地估算强度极限值。所以硬度试验在实际中得到广泛地应用。
硬度测定是指反一定的形状和尺寸的较硬物体(压头)以一定压力接触材料表面,测定材料在变形过程中所表面出来的抗力。有的硬度表示了材料抵抗塑性变形的能力(如不同载荷压入硬度测试法),有的硬度表示材料抵抗弹性变形的能力(如肖氏硬度)。通常压入载荷大于9.81N(1kgf)时测试的硬度叫宏观硬度,压力载荷小于9.81N(1kgf)时测试的硬度叫微观硬度。前者用于较在尺寸的试件,希反映材料宏观范围性能;后者用于小而薄的试件,希反映微小区域的性能,如显微组织中不同的相的硬度,材料表面的硬度等。
硬度计的种类很多,这里重点介绍最常用的洛氏、布氏、维氏和显微硬度测试法。
洛氏硬度测试法
一、洛氏硬度的测量原理
洛氏硬度测量法是最常用的硬度试验方法之一。它是用压头(金刚石圆锥或淬火钢球)在载荷(包括预载荷和主载荷)作用下,压入材料的塑性变形浓度来表示的。通常压入材料的深度越大,材料越软;压入的浓度越小,材料越硬。0-0:未加载荷,压头未接触试件时的位置。
1-1:压头在预载荷P0(98.1N)作用下压入试件深度为h0时的位置。h0包括预载所相起的弹形变形和塑性变形。
2-2:加主载荷P1后,压头在总载荷P= P0+ P1的作用下压入试件的位置。
3-3:去除主载荷P1后但仍保留预载荷P0时压头的位置,压头压入试样的深度为h1。由于P1所产生的弹性变形被消除,所以压头位置提高了h,此时压头受主载荷作用实际压入的浓度为h= h1-h0。实际代表主载P1造成的塑性变形深度。
h值越大,说明试件越软,h值越小,说明试件越硬。为了适应人们习惯上数值越大硬度越高的概念,人为规定,用一常数K减去压痕深度h的数值来表示硬度的高低。并规定0.002mm为一个洛氏硬度单位,用符号HR表示,则洛氏硬度值为:
此值为无量纲数。测量时可直接在表盘上读出。表盘上有红、黑两种刻度,红色的30和黑色的0相重合。
使用金刚石圆锥压头时,常数K为0.2mm,硬度值由黑色表盘表示,此时
使用钢球(Φ=1.588mm)压头时,常数K为0.26mm,硬度值由红色表盘表示,此时
洛氏硬度计的压头共有5种,其中最常用的有两种:一种是顶角为120°的金刚石圆锥压头,用来测试高硬度的材料;另一种是直径为的淬火钢球,用来测软材料的硬度。对于特别软的材料,有时还使用直径为的钢球作压头,不过这几种比较少用。
为了扩大洛氏硬度的测量范围,可用不同的压头和不同的总载荷配成不同标度的洛氏硬度。洛氏硬度共有15种标度供选择,它们分别为:HRA,HRB,HRC,HRD,HRE,HRF,HRG,HRH,HRK,HRL,HRM,HRP,HRR,HRS,HRV。其中常用的几种标度列表如下:
各种洛氏硬度值的符号及应用
标度符号压头总载荷
N(kg)表盘上
刻度颜色常用硬度
值范围应用举例
HRA金刚石圆锥588.6(60)黑色70~85碳化物、硬质合金、表面淬火钢等
HRB1.588mm钢球981(100)红色25~100软钢、退火钢、铜合金
HRC金刚石圆锥1471.5(150)黑色20~67淬火钢、调质钢等
HRD金刚石圆锥981(100)黑色40~77薄钢板、中等厚度的表面硬化工件
HRE3.175mm钢球981(100)红色70~100铸铁、铝、镁合金、轴承合金
HRF1.588mm钢球588.6(60)红色40~100薄板软钢、退火铜合金
HRG1.588mm钢球1471.5(150)红色31~94磷青铜、铍青铜
HRH3.175mm钢球588.6(60)红色 铝、锌、铅
二、洛氏硬度计的构造
洛氏硬度计种类很多,构造各不相同,但构造原理及主要部件都相同。
①- 压头 ②-载荷法码 ③--主杠杆 ④-测量杠杆 ①--读数百分表 ②--装压脑处
⑤-表盘 ⑥-缓冲装置 ⑦--载物台 ⑧-升降丝杠 ③-载物台 ④--升降丝杠手轮
⑤--加载手轮 ⑥--卸载手轮