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洛氏硬度检测方法

洛氏硬度检测法同布氏和维氏硬度检测法—样,是三种常用的硬度检测法之一。
 
 
洛氏硬度试验标准的演变,介绍的金属洛氏硬度试验GB/T230.1—2004系采用相关标准化组织ISO 6508—1—1999:《金属材料洛氏硬度试验其中部分:试验方法( A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T 标尺)》。这一标准代替了GB/T230—1991《金属洛氏硬度试验方法》和GB/T1818—1994《金属表面洛氏硬度试验方法》。
 
 
 
1.原理 
 
洛氏硬度检测法采用120°金刚石圆锥或硬质合金球(规定直径的)作为压头,在初始检测力F0作用下,再加上主检测力F1,在总检测力F作用下,将压头压入试样表面。之后卸除主检测力,在保留初始试验力F0测量压痕深度残余增量h,根据h值及常熟N和S(见表3-1)用式(3-1)计算洛氏硬度。
 
 
 
2.符号及计算公式
 
  洛氏硬度检测及计算公式所用符号及其含义见表3-1。
计算公式: 洛氏硬度=N-h/s (3―1) 
根据洛氏硬度定义,一个洛氏硬度(HR)单位在特定条件下定义为0.002mm的压痕深度残余增量。
  规定洛氏硬度读数如下:用金刚石压头(A、C、D标尺)公式为洛氏硬度=l00―h/0.002;用钢球或硬质合金球压头(B、E、F、G、H、K标尺)为洛氏硬度=130-h/0.002。
  由HR= N- h/s公式看出,压痕深度的残余增量h越大,则洛氏硬度值越低;h越小,硬度值越高。式中N为定义常数,用球压头为130;用金刚石压头为100。所谓标尺,是用不同压头和总检测力的组合加以区分。例如用金刚石圆锥压头,总检测力为980.7N(100kgf)时,是B标尺HRB。
 
 
  h是去除主检测力后,在保持初始检测力F0下的残余压痕深度增量。用金刚石压头,147lN总检测力条件下,在卸除主检测力后,如h为0.08mm,因为每一洛氏硬度单位为0.002mm,则HRC=100-40=60。由此可看出此值无量纲为一有条件的无名数。
  N值为什么定义为100和130?当压头为金刚石圆锥体时,因为HRC(A)规定用于测量较硬的材料,如淬火后的钢及硬质合金等,一般不会出现压入深度为0.2mm而使硬度值为零的情况。当压头为球时,多用于测量中等及较低硬度的材料,硬度值跨度较大,为了避免出现负值,将用球的洛氏标尺N值均定为130。表面洛氏N值均定义为100。
 
3.加载方式
 
 
砝码加载
弹簧加载
液压加载
闭环传感器控制
 
 
 
4.洛氏硬度标尺及技术参数
 
  GB/T230.1-2004标准中共有15个标尺,其中包括A、B、C、D、E、F、G、H、K9个标尺技术参数见表3-2,表面洛氏N、T 6个标尺参数见表3-6。
 
5.标尺的应用原则
 
  HRA—适用于测定坚硬或薄硬材料硬度,如硬质合金、渗碳后淬硬钢、经硬化处理后的薄钢带、薄钢板等。因为对于HRC>67的材料若仍用1471N检测力易于损坏金刚石压头。宜用检测力较小,压人深度较浅的HRA标尺。 
  HRB—适宜用于测定中等硬度的材料,如经退火后的中碳和低碳钢、可锻铸铁、各种黄铜和大多数青铜以及经固溶处理时效后的各种硬铝合金等。适用范围是20~100HRB。当试样硬度小于20HRB时,因为这些金属的蠕变行为,试样在检测力作用下变形将持续很长时间,表上的指针或光学投影刻度将长时缓慢移动,难以测量准确。而当HRB>100时,因为球压入深度过浅,灵敏度降低,影响测量精度。
 
 HRC—适用于测定经淬火及低温回火后的碳素钢、合金钢以及工、模具钢,也适用于测定冷硬铸铁、珠光体可锻铸铁、钛合金等。一般HRB>100的材料可用C标尺测定,当HRC<20时,由于金刚石压头压入过深,压头圆锥的影响增大,产生下滑现象,影响测量准确性,宜换用HRB标尺测定。
  HRD—是介于HRA和HRC之间的一种标尺,适用于压入深度介于A和C标尺之间的各种材料,如表面热处理强化后的钢试样、珠光体可锻铸铁等。
  HRE—适用于测定一般铸铁、铝合金、镁合金、轴承合金及其他类似软金属。
  HRF—适用于韧化黄铜、紫铜、一般铝合金等。
 
  HRG—适用相当于HRB近于100的材料。因为这时时可比HRB检测近于100时的灵敏度为高。
  HRH—适用于铝、锌、铅等软金属合金,因为H标尺使用压头直径大;检测力又小,且可迅速直接读数。 
  HRK—适用于轴承合金和其他软金属材料。 
  以上除洛氏A、B、C三个标尺外,其余洛氏D、E、F……等6个标尺都是在修订后的标准中增添的。因为在ISO标准中,这些标尺早已有应用,加入技术交流将会更加频繁,为参照对比各种硬度要求,这些标尺的应用是很重要的。 
 
 
6.应用范围及其特点
洛氏硬度检测操作简便、迅速,工作效率高。由于其使用检测力小,所产生的压痕比布氏硬度检测的压痕小,因而对制件表面没有明显损伤。由于使用金刚石压头和两种直径球作为压头,有三种检测力,共计有9个标尺(见表3-2),可以测量从较软到较硬材料的硬度。使用范围宽广。再者有预检测力,所以试件表面轻微的不平度对硬度值的影响比布氏、维氏为小。因此,适用于成批生产大量检测的机械、冶金热加工过程中以及半成品或成品检验。特别适用于刃具、模具、量具、工具等的成品制件检测。
 
7.检测及注意事项
 
1)检测前的准备
 
    (1)用于进行洛氏硬度检测的硬度计及压头应符合GB/T230.2—2002洛氏硬度计技术条件要求。
  (2)试验一般在10~35℃室温下进行。对精度要求较高时,室温应控制在(23士5) ℃。 
  (3)选择标尺时,根据试样的材质以及其热处理状态,参考“5节”标尺的应用原则,选用压头及检测力。 
  (4)如压头是取下的,应首先安装好压头。如为侧面螺钉固紧压头,正确的装置方法是:把压头尾部插入主轴孔内,轻扭螺钉帽但不要上紧,用一试样加上初检测力,在受力情况下它的台阶面与主轴下端面靠紧,使无倾斜或间隙,然后再拧紧紧固螺钉。
  (5)选择好合适的试验台,试验台支承面应洁净,试样应能稳固的放置于试验台上,以保证在检测过程中不产生位移和变形。 
  (6)检则前,应使用与试样硬度值相近的标准洛氏硬度块对硬度计进行校验,在符合允许误差范围内进行检测。
 
 
 
2)试样
 
  (1)试样在制备过程中,应尽量避免由于受热,冷加工等对试样表面硬度造成影响。
  (2)对于在用金刚石圆锥压头进行的试验,试样或试验层厚度应不小于残余压痕深度的10倍;对于用球压头进行的试验,试样或试验层的厚度应不小于残余压痕深度的15倍。图3―5和图3―6给出了洛氏硬度工件厚度关系图。
  (3)试样的试验面尽可能是平面,不应有氧化皮及其他污物、裂缝。表面粗糙度Ra一般不大于0.80μm。 
 
 
 
3)试验中注意事项
 
(1)在任何情况下不允许压头与试台及支座、试样触碰。试样支承面、支座和试台工作面上均不得有压痕。
(2)检测时,须保证检测力方向与试样的检测面垂直。
(3)在检测过程中,有关装置不应受到冲击和振动
        (4)应均匀平稳地施加检测力,不得有冲击与振动。 
  (5)对于低硬度材料,经协商试验力保持时间可以延长,允差±2s。
  (6)两相邻压痕中心间距离至少应为压痕直径的4倍,但不得小于2mm。 
  (7)任一压痕中心距试样边缘距离至少应为压痕直径的2.5倍,但不得小于1mm。 
  (8)在每个试样上的检测点数应不少于四点。对大批量试样的检测,点数可适当减少。
 
4)检测结果处理
 
  (1)检测报告中给出的洛氏硬度值应满足至0.5个洛氏硬度单位。 
  (2)对于在圆柱面和球面上测得的洛氏硬度值,应按表3-3~表3-5进行修正。表中修正值均为正值。 
  (3)结果的书写
  洛氏硬度用符号HR表示,HR前为硬度数值,HR后面为使用的标尺。例如,50HRC表示用C标尺测定的洛氏硬度值为50;80HRB表示用B标尺测定的洛氏硬度值为80;75HRFW表示用F标尺,压头为硬质合金球,硬度值为75。

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