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材料硬度試驗
 

硬度試驗:

硬度一詞沒有一定的定義,一般解釋為抵抗外來機械作用力造成變形的抗力。或是指材料抵抗刮磨損耗的能力。

勃氏硬度試驗法 (硬度記號HB)

為1900年,瑞典人J.A.Brinell所發表。使用直徑D的鋼球為壓痕器,施加荷重P,壓入於試片之水平磨光表面,並保持一定的時間,使之產生充分之塑性變形,而形成球面之壓痕,通常荷重作用時間在硬材料為30秒,軟材料為60秒,以此時所加之荷重P除以球面壓痕之表面積A,所得之商即為勃氏硬度,一般用HBS(硬鋼球)或BHW(超硬合金鋼球)表示。
對鋼來說,一般選用的鋼球D爲10mm,載荷P爲3000kgf,壓入時間爲10秒。試驗所得直徑d應在0.25D-0.6D的範圍內。布氏硬度的使用上限是HB450,適用于測定退火、正火、調質鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。

洛氏硬度(硬度記號HR)

1919年由美國的Stanly.P.Rockwell所發表。
是工業生産中最常用的硬度測量的方法,因爲操作簡便、迅速,可以直接讀出硬度值,不損傷工件表面,可測量的硬度範圍較寬。但洛氏硬度也有一些缺點,如因壓痕小,對材料有偏析及組織不均勻的情況,測量結果分離度大,再現性較差。
洛氏硬度(HR)也是用壓痕的方式試驗硬度。它是用測量凹陷深度來表示硬度值。洛氏硬度試驗用的壓頭分硬質和軟質兩種。

硬質壓頭爲頂角爲120º的金剛石圓錐體,使用于淬火鋼等硬的材料。
HRA以60kgf的負荷試驗,硬度有效範圍是>70,適用于硬質合金、表面淬火層及滲碳層;

HRC以鑽石圓錐,所加荷重為150kgf試驗,硬度有效範圍是20-67(相當于HB230-700),適用于淬火鋼及調質鋼。

軟質壓頭由直徑1.588mm(1/16")的鋼球制成,所加荷重為100kgf 使用于退火鋼、有色金屬等,以HRB表示,硬度有效範圍是25-100(相當于HB60-230)。

這三種洛氏硬度在表盤上刻度的顔色有所規定,HRA和HRC爲黑色刻度,HRB爲紅色刻度。

此法係利用槓桿原理,將壓頭先施加基準荷重壓入試片之表面,以消除試驗面不平之弊,其次增壓至試驗荷重,再恢復至基準荷重,使試片發生壓痕,這時由前後兩次基準荷重壓痕深度差來表示洛氏硬度。

維氏硬度試驗法 (硬度記號HV)

為英國的R.Smith和G..Sandland在1925年所發表,也是利用壓痕面積上單位應力作爲硬度值計量。於1930年始發現其有利於測試氮化鋼的表面硬化層之硬度,因此才漸漸廣泛使用於工業界。此法包括勃氏及洛氏試驗之特徵,安裝有計測顯微鏡,量取壓痕對角線長度,可測至1μm,準時又方便。表示硬度時,維氏硬度維氏硬度所試驗時,在載荷P的作用下,使用是錐面夾角爲136º的金剛石四方錐體。在試樣試驗面上壓出一個正方形壓痕。測量壓痕兩對角線的平均長度d,借以計算壓痕面積AV,以P/AV的數值表示試樣的硬度,以HV表示。

HV=P/AV=1.8544P/d2
載荷P的大小可根據試樣的不同選擇,一般爲5-100kgf。

維氏硬度的優缺點:
維氏硬度有一個連續一致的標度;試驗負荷可任意選擇,所得的硬度值相同。試驗時加載的壓力小,壓入深度淺,對工件損傷小。特別適用于測量零件的表面淬硬層及經過表面化學處理的硬度,精度比布氏、洛氏硬度精確。但是維氏硬度的試驗操作較麻煩,一般在生産上很少使用,多用于實驗室及科研方面。

蕭氏硬度試驗法(硬度記號HS)

是於1906年由美國之A.F.Shore所發明。在在廣用為動性硬度試驗法的代表,此方法是把一定量2.36克的小錘(尖端裝有小粒的鑽石,期尖端半徑為0.25mm)掛在垂直的計測桶內一定高度,由此高度使小錘自由落下。當小錘打擊試片時,試片表面會產生很小的壓痕,此時小錘的一部份能量會消耗在試片的變形。而剩餘的能量會時小錘反跳至令一高度。如試片的硬度越大,則衝擊壓痕淺,消耗能量少,殘餘能量大,會有較高的反跳高度。反之亦然,所以可用小錘的反跳高度來表示蕭氏硬度,通常用HS記號表示之。

以上四種用於機械材料方面. 最常使用的儀器是Brinell硬度計和Rockweil硬度計。
比較簡易的方法是使用shore硬度計。

摩氏硬度試驗法

是一種以試片磨擦. 以產生刮痕為測試標準的試驗法. 主要是運用於礦物的硬度測試
實驗用的試片以十種材料為準. 依照軟硬程度分為十級:各級之間硬度的差異不是均等的,等級之間只表示硬度的相對大小。
10 鑽石 (Diamond) 9 鋼玉 (Cqrundum ruby)
8 黃玉 (Tqpaz) 7 石英 (Quartz)
6長石 (Feidspar) 5. 燐灰石 (Apatite)
4 螢石 (Fluorite) 3. 方解石 (calcite)
2 石膏 (Gypsum) 1 滑石 (Tale)

測定礦物硬度的方法很簡單。將預測礦物和硬度計中某一礦物相互刻劃,如某一礦物能划動方解石,說明其硬度大於方解石,但又能被螢石所划動,說明其硬度小於螢石,則該礦物的硬度為3到4之間,可寫成3-4. 或3.5 。

這個方法普遍用於礦物及寶石. 但攜帶試片甚為麻煩. 而且對試片又有破壞性. 因此在礦場的測視常以 指甲. 及工作用的碳鋼小刀當成基準.
把礦物的硬度劃分為小於指甲、指甲與碳鋼小刀之間. 和大於碳鋼小刀。

鉛筆測試法

將0.5筆蕊的自動鉛筆以45度. 1KG 的力量壓向測試物表面. 向前推動.
再看表面是否留下劃線痕跡. 到那一及不會留下痕跡就稱該表面硬度等於筆蕊硬度.
此法非為正規測法. 但廣用於產品貿易的現場驗貨工作. 主要是針對木質產品. 塑膠.各種噴漆塗裝的表面.

硬度(hardness)是固體材料表面抵抗彈性變形、塑性變形或破斷的能力。它是衡量材料軟硬程度的一個指標。

•測試方法: •刮磨法--摩氏法(Mohs)
•壓痕法--布氏法(Brinell)
•洛氏法(Rockwell)
•維克氏法(Vickers)
•彈動法—Shore法

硬度換算公式:
•蕭氏硬度(HS)=勃式硬度(BHN)/10+12
•蕭式硬度(HS)=洛式硬度(HRC)+15
•勃式硬度(BHN)= 洛克式硬度(HV)
•洛式硬度(HRC)= 勃式硬度(BHN)/10-3

 

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