硬度的概念和硬度测量
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硬度的概念和硬度测量
硬度测量的应用：硬度测量具有简便、快捷；不破坏试样（非破坏性试验）；硬度能综合反映材料的强度等其他力学性能；硬度与耐磨性具有直接关系，硬度越高，耐磨性越好。所以硬度测量应用极为广泛，常把硬度标注于图纸上，作为零件检验、验收的主要依据。温湿度计测量方法：可采用压入法、加弹法、划痕法等测量方法。生产中常用压入法（有布氏硬度法、洛氏硬度法、维氏硬度法等）。本文引用地址：（1）布氏硬度]：HB（Brinell-hardness )（HBS、HBW ）布氏硬度测量原理：采用直径为D的球形压头，以相应的试验力F压入材料的表面，经规定保持时间后卸除试验力，用读数显微镜测量残余压痕平均直径d，用球冠形压痕单位表面积上所受的压力表示硬度值。实际测量可通过测出d值后查表获得硬度值。HBS（HBW） = F/S = 2F/&D[D - (D2-d2)1/2] HBS&&表示用淬火钢球压头测量的布氏硬度值。TES适用范围：小于450；
HBW&&表示用硬质合金压头测量的布氏硬度值。适用范围：450~650布氏硬度的测量原理布氏硬度表示方法：符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（9.807kN）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120布氏硬度特点：力博仪表优点：测量数值稳定，准确，能较真实地反映材料的平均硬度； 缺点：压痕较大，操作慢，不适用批量生产的成品件和薄形件布氏硬度测量范围：用于原材料与半成品硬度测量，可用于测量铸铁；非铁金属（有色金属）、硬度较低的钢（如退火、正火、调质处理的钢）（2）洛氏硬度]：HR（Rockwll hardnes）洛氏硬度测量原理：用金刚石圆锥或淬火钢球压头，在试验压力F 的作用下，将压头压入材料表面，保持规定时间后，去除主试验力，保持初始试验力，用残余压痕深度增量计算硬度值，实际测量时，可通过试验机的表盘直接读出洛氏硬度的数值。HR = K - h/0.002K&&常数，金刚石压头取值100，球形压头取值130洛氏硬度测量原理洛氏硬度测量条件：洛氏硬度可以测量从软到硬较大范围的硬度值，根据被测对象硬度值大小不同，可用不同的压头和试验力，如下表。常用洛氏硬度的试验条件和应用范围
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硬度的测试方法
常用的硬度测试方法：邵氏硬度、洛氏硬度 维氏硬度 布氏硬度等
硬度是指材料抵抗其他较硬物体压入其表面的能力。硬度值的大小是表示材料软硬程度的有条件性的定量反映，它本身不是一个单纯的确定的物理量，而是由材料的弹性、塑性、韧性等一系列力学性能组成的综合性指标。硬度值的大小不仅取决于该材料的本身，也取决于测量条件和测量方法。硬度试验的主要目的是测量该材料的适用性，并通过对硬度的测量间接了解该材料的其他力学性能，例如磨耗性能、拉伸性能、固化程度等。因此，硬度检测在生产过程中对监控产品质量和完善工艺条件等方面有非常重要的作用。硬度试验因其具有测量迅速、经济、简便且不破坏试样的特点，是工程材料应用极为普遍的方法，也是检测材料性能最容易的一种方法。
测定硬度的方法很多，可分为以下三类。
1.测定材料耐顶针（球形顶针）压入能力的硬度试验 例如布氏（Brine-II)硬度、维氏（Viekers）硬度、努普（Knoop）硬度、巴科尔（Barcol）硬度、邵氏（Shore）硬度等；
2.测定材料对尖头或另一种材料的抗划痕性硬度试验 例如比尔鲍姆（Bierbaum）硬度和莫斯（Mobs）硬度等；
3.测定材料回弹性的硬度试验 例如洛氏（Rockwell）硬度和邵氏反弹硬度等。
下面简单介绍几种硬度的测试方法。
一、邵氏硬度
邵氏硬度又称肖氏硬度，是表示材料硬度等级的一种方法。邵氏硬度分为邵氏压痕硬度和邵氏反弹硬度两种，前者被测样品放在硬度计台面的适当位置，压紧到规定时间后立即读取用数字0--100表示的压痕硬度读数。使用的压痕硬度计有A型、C型和D型三种刻度型号；后者则使用邵氏反弹式硬度计进行测定，使用顶端装有金刚石的总重约3克的冲头，从约300MM高度的玻璃管中垂直落于试件上，由玻璃管的刻度读取其垂直反弹的高度。
（一）原理
邵氏压痕硬度计的工作原理是将规定形状的压针在标准的弹簧压力下，并在严格的规定时间内，把压针压入试样的深度转换为硬度值，表示该试样材料的硬度等级，直接从硬度计的指示表上读取。指示表为100个分度，每一个分度即为一个邵氏硬度值。
（二）方法要点
邵氏硬度计分为A型、C型和D型三种刻度，其硬度读数分别用HA,HB,和HC表示。邵氏A型适用于软质塑料和橡胶，邵氏C型和D型则适用于较硬或硬质塑料和硫化橡胶。测定邵氏硬度时，我国与ISO
规定一致，只使用A型和D型两种。
什么是硬度
硬度是物质受压变形程度或抗刺穿能力的一种物理度量方式。硬度可分相对硬度和绝对硬度。绝对硬度一般在科学界使用，生产实践中很少用到。我们通常使用硬度体系为相对的硬度，常用有以下几种标示方法：肖氏（也叫邵氏，邵尔，英文SHORE)、洛氏、布氏三种。邵氏一般用于橡胶类材料上。
邵氏硬度的测试方法：用邵氏硬度计插入被测材料，表盘上的指针通过弹簧与一个刺针相连，用针刺入被测物表面，表盘上所显示的数值即为硬度值。
洛氏硬度的测试方法：用试验钢球能在被测物上砸上痕迹时硬度计表盘上所显示的数值即为硬度值。洛氏硬度约是布氏硬度的十倍，两者一般用于金属材料上。
因测试方法不同邵氏硬度与洛氏硬度、布氏硬度没有换算方式，但用洛氏硬度计测过硬橡胶，当时数据是：邵氏硬度90 洛氏硬度27 。
邵氏硬度简介
邵氏硬度是指用邵氏硬度计测出的值的读数，它的单位是“度”，其描述方法分A、D两种，分别代表不同的硬度范围，90度以下的用邵氏A硬度计测试，并得出数据，90度及以上的用邵氏D硬度计测试并得出数据，所以，一般来讲对于一个橡胶或塑料制品，在测试的时候，测试人员能根据经验进行测试前的预判，从而决定用邵氏A硬度计还是用邵氏D硬度计来进行测试。一般手感弹性比较大或者说偏软的制品，测试人员可以直接判断用邵氏A硬度计测试，如：文具类胶水瓶，TPU TPR 塑料膜袋等制品。而手感基本没什么弹性或者说偏硬的就可以用邵氏D硬度计进行测试，如：PC ABS PP 等制品。如果度数是邵氏Axx，说明硬度相对不高，如果是邵氏Dxx说明其硬度相对较高。
邵氏的单位不够全面:
1.A型的单位表达是:HA
2.D型单位表达就是:HD 邵氏硬度计
邵氏硬度计用途
邵氏硬度计用于橡胶类产品邵氏硬度值测量 。
邵氏硬度计(4张)
具有一定形状的钢制压针﹐在试验力作用下垂直压入试样表面﹐当压足表面与试样表面完全贴合时﹐压针尖端面相对压足平面有一定的伸出长度L(即压针扎进被测物的深度)，以L值的大小来表征邵氏硬度的大小，L值越大﹐表示邵尔硬度越低﹐反之越高。我国在这方面标准采用HA和HD两种，其中HA为较软橡胶类硬度参数(采用35度锥角的压针)，HD为较硬的橡胶或塑料硬度参数(采用30度锥角的压针)。
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　　根据不适应度法原理，利用的使用方法，测压深即可计算HB值。　　　　在洛氏硬度计上遵循法荷P和钢球直径D关系，符合压痕几何相似原理，即可在同一试件上，不同的钢球压入时，压入角相等，压痕在几何形状上相似。如以负荷P1、P2和钢球直径D1、D2相对应，则相应的HB1=HB2=&&。　　　　洛氏硬度计在许可条件下兼用布氏法能用三种负荷。这三种负荷在HRA上加到625N；在HRB上加到1250N；在HRC上加到1875N。　　　　砝码的配法是将这个砝码分别精确的称出它们的实际重量，然后按下式计算，分别算出布氏法不同载荷的砝码的实际重量（KG）　　　　G1/g1=G2/g2，g2=G2*g1/G1　　　　式中，G1为负荷；g1为洛氏该负荷的砝码实际重量；G2为布氏相应的负荷。
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硬度 HRC HB HV
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1、什么是材料硬度及测试的原理？
　　固体对外界物体入侵的局部抵抗能力，是比较各种材料软硬的指标。由于规定了不同的测试方法，所以有不同的硬度标准。各种硬度标准的力学含义不同，相互不能直接换算，但可通过试验加以对比。硬度分为：①划痕硬度。②压入硬度。③回跳硬度。
　　时代山峰台式（布，洛，维）运用的是压入硬度的原理。方法是用一定的载荷将规定的压头压入被测材料，以材料表面局部塑性变形的大小比较被测材料的软硬。由于压头、载荷以及载荷持续时间的不同，压入硬度有多种，主要是布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等几种。
2、如何选择自己适合自己产品的硬度计？
　　有明确规定的，产品有明确规定需要用哪种硬度计量的应该选择规定的硬度计，结合自己生产的需要选择符合自己要求的机型。没有明确规定的，应该从所测材料的硬度和厚薄来综合考虑所适合的材料硬度计。
3、洛氏硬度计常见问题及处理方法洛氏硬度计虽然结构简单，操作方便，但如果长期操作不当，检验硬度失准，将使产品质量受到很大影响，带来不良后果。现将我们在检定中常见的几种误差及处理方法介绍如下：　　一、人为误差:（1）操作人员技术熟练程度不够，实践经验较差，应由熟悉硬度计的人员使用；（2）加荷过快，持荷时间短，低硬度的零件硬度偏高，而加荷过慢，持荷时间长，硬度偏低，操作时加荷应平整，保持一定加荷时间。　　二、被测零件影响的因素:（1）不同的表面光洁度在洛氏硬度测试时，表现出不同的影响。表面光洁度愈低，高硬度测试时其硬度愈高，反之硬度越低，有刀痕的粗糙表面，淬火时首先最快冷却，或很坚硬的表层，硬度值就高。反之，调质件高温回火时，有刀痕的表层组织先转变，抗回火的能力小，硬度值就低。在测试表面光洁度Δ7以下的零件时，必须使用废砂轮精磨，再用锉刀锉磨光滑，或用细的手砂轮磨光，然后揩擦干净。（2）热处理零件表面有盐渍、沙子等物，当加负荷时，零件会产生滑移，若有油腻存在，金刚头压入时起润滑作用，减小磨擦，增加压深。这两项原因使所测硬度值偏低。零件测试的部位氧化皮蔬松层薄的硬度值降低，氧化皮致密层厚的硬度值增高。对欲测硬度的零件必须去除氧化皮，揩擦干净，不得有脏物。（3）斜面（或锥度）、球面及圆柱体零件对硬度测试的误差较平面大。当压头压入这种零件表面时，压入处四周的抗力比平面小，甚至有偏离、滑移的现象，压深增大，硬度降低。曲率半径愈小，斜度愈大，硬度数值的降低愈显著。金刚石压头也容易损坏。对这类零件要设计专用工作台，使工作台和压头同心。　　三、压头的影响:（1）金刚石压头不符合技术要求或是使用一段时间后有磨损，操作者如不能判断金刚石的好坏，可由计量测试机构进行检定。（2）钢球压头强度和硬度不够，容易产生变形。钢球扳压扁产生永久变形后呈椭圆，短轴垂直于零件表面时，压痕浅，示值高；长轴垂直于零件表面时，压痕加深，示值降低，钢球允差小0.002mm　　四、载荷方面:（1）初负荷：弹簧和主轴、杠杆和百分表之间有摩擦，造成100N的增大或减小。调整螺丝松旷、调整移动，顶杆位置不当。起始线有差异，引起初负荷不对。如果初负荷不对，应调整弹簧、主轴、杠杆、百分表等处的配合。调整块的位置移动合适以后，紧固调整螺丝，同时要紧固顶杆位置，初负荷的允差应小于±2%。（2）主负荷：杠杆比例不对，吊杆和砝码的配重有误差；主轴、杠杆和砝码有偏斜，均会使主负荷产生误差。杠杆比不对，应进行调整。刀口有磨损应修复或更换，主轴变形要进行校直。主轴、杠杆和砝码偏斜应拨正。各种标尺主负荷的允差小于±0.5%。　　五、硬度计安置不正。硬度计不处于水平位置，测试硬度时，其值偏低。用水平仪测量水平度，然后垫平硬度计。　　六、零件某一测试部位的表面与工作台接触不良，或支承点不稳固，将会产生滑移、滚动、翘起等现象。这不仅使所得结果不准，还会损坏仪器。应根据零件的几何形状设计合适的工作台。　　七、周围环境的影响。工厂生产用硬度计常会因周围环境受震动的影响，致使仪器结构产生松动，示值不稳定。硬度计应安装在无震动或离震源较远的地方。
4、布氏硬度计常见故障及解决方法介绍 布氏硬度计因能测出试样较大范围的硬度值，因而广泛应用于生产中对未经淬火钢、铸铁、有色金属及质地较软的轴承合金等的布氏硬度值测定。 本文以HB-3000布氏硬度计为例，谈谈一些常见故障及排除方法。 　　1、载荷误差超过±1.0%或不稳定 造成这种故障的原因及排除方法：（1）力点刀刃松动，应调整力点刀刃并拧紧；（2）力点刀刃和支点的磨损会不同程度地增加载荷误差，应研修刀刃；（3）载荷杠杆上的调整块位置不适当，可根据情况向前或向后移动，调整合适后固定紧；（4）压缩弹簧锈蚀，增大了与压轴、主轴衬套的磨擦，应清洗生锈部位并上防护油或更换之。（5）加荷不平稳，有冲击振动现象，应排除引起不平稳的因素。 　　2、加荷速度不能控制在规定的时间内加荷速度过快或过慢，主要是减速器用油粘度过小或过大，应清洗减速器，并更换减速器用油。　　 3、测定的硬度值与标准硬度块示值不一致造成这种故障的原因及排除方法：　　（1）布氏硬度计HB-3000安装不水平，应将布氏硬度计调至水平；　　（2）钢球表面不光洁或直径超过允差，应用千分尺挑选合格的钢球换上；　　（3）压痕测量装置误差偏大，应调整压痕测量装置的允许误差，使其≤±0.5%；　　（4）砝码不能垂直放置，砝码与硬度计后盖擦靠，应检查吊环是否挂在重点刀刃上，吊架吊杆是否平直，否则应将吊环挂于重点刀刃上，校直吊架吊杆；　　（5）主轴与试台平台垂直度，主轴轴线与升降丝杆轴线同轴度超差，应分析视其情况进行主轴与试台平台垂直度、主轴轴线与升降丝杆轴线同轴度的调整。　　4、布氏硬度计HB-3000反复加卸载荷 造成这种故障的原因及排除方法：（1）按键开关顶杆过长，转向开关A、B触点与A1、B1触点不能脱开，应调节顶杆长度并固定之；（2）换向开关安装位置不当，活动挡板不能触动换向开关上的销子，造成换向开关不换向，应调整换向开关的安装位置。　　5、布氏硬度计HB-3000载荷全部加上时停机此种故障原因为换向开关接触点有烧伤、烧蚀现象，造成接触点接触不良，应对接触点加以清理打磨或更换新的换向开关。 　　6、按键开关按下，硬度计不动作，但有嗡嗡的电流声 此种故障原因为电机缺相，应检查电源是否正常，电源插头是否插好，电缆线是否有断路，电源开关是否完好，电机接线是否接牢，电机线圈是否烧坏一组以及换向开关触点接触是否良好等，应视其情况分别予以排除。
5、维氏硬度计常见故障与调修　　硬度计的种类较多，在工矿企事业和科研单位中应用最普遍的以金属洛氏、布氏、维氏硬度计为主，其中金属洛氏和金属布氏硬度计相对于金属维氏硬度计结构简单。常见故障的调修并不是很困难。下面就金属维氏硬度计常见故障调修介绍如下。　　根据多年来的工作实践，在检定和修理工作开始前应先从调整工作台的水平入手，然后观察主轴、杠杆、升降丝杆、缓冲机构及测量装置是否正常、灵活。保证对设备性能有一基本了解。然后再针对出现的情况逐一解决。　　（1）加荷指示灯、测量显微镜灯不亮首先检查电源是否接好，然后检查开关、灯泡等。如排除这些因素后还不亮，就要看看负荷是否全部加上或簧片开关是否正常。排除之后仍不正常，就必须从线路（电路）入手逐步排查。　　（2）测量显微镜内浑浊，看不到或看不清压痕这应从调整显微镜焦距和灯光入手，调整之后仍不清楚，则应分别转动物镜和目镜，并分别移动镜内带虚线、实线、刻线的三块平镜，仔细观察问题出在哪一块镜面上，然后卸下，用长纤脱脂棉沾无水酒精擦洗干净，按相反顺序装好后观测，如仍未解决，则送修或更换测微显微镜。　　（3）压痕不在视场内或稍转动工作台，压痕位置变化很大出现这种情况的原因是由于压头、测量显微镜、工作台三者轴心不同造成的。由于压头固定在工作轴底端，因此按以下顺序分别调整。①调整主轴下端的活动间隙，以导向座下端面不直接接触主轴锥面为准；②调整转轴侧面螺钉使工作轴和主轴同（轴）心，调好后，在试块上压出一压痕，观察其在显微镜中位置，并记录；③轻轻转动工作台（保证试块在工作台上不移动）在显微镜下找出试块上不转动的一个点，此点即为工作台轴心；④稍松开升降丝杆压板上的螺钉和底部螺丝，轻移整个升降丝杆，使工作台轴心与测量显微镜中记下压痕的位置重合，然后固紧压板螺钉和调整螺丝，压出一压痕相互对照。重复以上步骤，直至完全重合为止。　　（4）检定时示值超差的原因及解决办法①测量显微镜标尺不准。用标准测微尺进行检查。如不准可送修或更换。②金刚石压头缺损。用80倍立体显微镜观察，看其是否符合金刚石压头检定规程规定。如有缺损更换压头。③负（载）荷超出规程要求或负荷不稳，用小负荷三等标准测力计检查。如负荷超出要求（±1.0%）但方向一致，这种情况是杠杆比例发生变化，可松开主轴保护帽，转动力点触头，调整载荷（杠杆比），调整好后固紧。如载荷不稳，可能是力点刀刃变钝、支点钢球磨损或工作轴与主轴不同心、工作轴内有较大摩擦等原因造成。这时检查刀刃及钢球，如变钝或磨损，应修整或更换。检查工作轴并清洗，一定要注意配齐轴周钢球，同（轴）心的调整见步骤3。　　（5）加荷时有冲击现象　　这种情况的发生与缓冲器油太少或油太脏有关。加满油或清洗缓冲器后一般就可解决
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