[科普中國(guó)]-洛氏硬度

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。

硬度標(biāo)尺[編輯]洛氏硬度試驗(yàn)采用三種試驗(yàn)力，三種壓頭，它們共有9種組合，對(duì)應(yīng)于洛氏硬度的9個(gè)標(biāo)尺：HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH和HRK。這9個(gè)標(biāo)尺的應(yīng)用涵蓋了幾乎所有常用的金屬材料。HRA 60kg載荷金剛石錐壓入器；HRB 100kg載荷1/16"直徑鋼球壓頭；HRC 150kg載荷金剛石錐壓入器；最常用標(biāo)尺是HRC、HRB和HRF，其中HRC標(biāo)尺用于測(cè)試淬火鋼、回火鋼、調(diào)質(zhì)鋼和部分不銹鋼。這是金屬加工行業(yè)應(yīng)用最多的硬度試驗(yàn)方法。HRB標(biāo)尺用于測(cè)試各種退火鋼、正火鋼、軟鋼、部分不銹鋼及較硬的銅合金。HRF標(biāo)尺用于測(cè)試純銅、較軟的銅合金和硬鋁合金。HRA標(biāo)尺盡管也可用于大多數(shù)黑色金屬，但是實(shí)際應(yīng)用上一般只限于測(cè)試硬質(zhì)合金和薄硬鋼帶材料。

表面洛氏硬度試驗(yàn)采用三種試驗(yàn)力，兩種壓頭，它們有6種組合，對(duì)應(yīng)于表面洛氏硬度的6個(gè)標(biāo)尺。表面洛氏硬度試驗(yàn)是對(duì)洛氏硬度試驗(yàn)的一種補(bǔ)充，在采用洛氏硬度試驗(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)試表面鍍覆層時(shí)，就應(yīng)改用表面洛氏硬度試驗(yàn)。這時(shí)采用與洛氏硬度試驗(yàn)相同的壓頭，采用只有洛氏硬度試驗(yàn)幾分之一大小的試驗(yàn)力，就可以在上述試樣上得到有效的硬度試驗(yàn)結(jié)果。表面洛氏硬度的N標(biāo)尺適用于類(lèi)似洛氏硬度的HRC、HRA和HRD測(cè)試的材料；T標(biāo)尺適用于類(lèi)似洛氏硬度的HRB、HRF和HRG測(cè)試的材料。1

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)镠RA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≈100HRB≈20HRC；****85.6HRA≈68HRC；**可見(jiàn)，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。

區(qū)別和換算鋼材的硬度：金屬硬度(Hardness）的代號(hào)為H。

●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(lèi)。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(lèi)。

●HV-適用于顯微鏡分析。維氏硬度（HV）以120kg以?xún)?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，用材料壓痕凹坑的載荷除以表面積，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。2

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(lèi)、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(lèi)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。

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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(pán)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：

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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。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張磊 - 副教授 - 西南大學(xué)