洛氏硬度
關(guān)注創(chuàng)建者：國高材高分子材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心 創(chuàng)建時(shí)間：2022-11-14
洛氏硬度的實(shí)例教程
2.3 設(shè)備差異分析
實(shí)驗(yàn)室3的洛氏硬度計(jì)，在測(cè)試樣品的過程中，加載和卸載操作完全靠機(jī)器自動(dòng)化操作來實(shí)現(xiàn)；實(shí)驗(yàn)室4的洛氏硬度計(jì)在測(cè)試的過程中，依靠人工加載和卸載的方式來實(shí)現(xiàn)。人工加載與卸載方式對(duì)時(shí)間上的把控沒有機(jī)器自動(dòng)化精準(zhǔn)，下面針對(duì)此差異進(jìn)行探究。
(a) 實(shí)驗(yàn)室3-自動(dòng)
(b) 實(shí)驗(yàn)室4-手動(dòng)
圖 2 洛氏硬度測(cè)試設(shè)備
如圖2所示，實(shí)驗(yàn)室3自動(dòng)化洛氏硬度測(cè)試時(shí)間是在15s后自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)，而手動(dòng)化加載和卸載的時(shí)間受主觀因素比較大。因而，分別利用手動(dòng)化洛氏硬度設(shè)備測(cè)試13s、14s、16s 和 17s 條件下的洛氏硬度值，結(jié)合表3的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)測(cè)試的時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果并未造成明顯的影響，數(shù)值未出現(xiàn)大幅度偏離。因而測(cè)試時(shí)間的差異并不是導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常的根本原因。
表3 加載時(shí)間對(duì)洛氏硬度的影響
2.4 質(zhì)控樣及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析
各實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試環(huán)境是一致的，結(jié)合表4中的國高材分析測(cè)試中心研制的洛氏硬度質(zhì)量控制樣品（質(zhì)控樣）結(jié)果，反饋出人員差異亦非導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室3測(cè)試結(jié)果異常的根本原因。
表4質(zhì)控樣洛氏硬度測(cè)試數(shù)據(jù)
表5標(biāo)準(zhǔn)金屬物質(zhì)硬度測(cè)試數(shù)據(jù)
再結(jié)合表4與表5的數(shù)據(jù)分析可以得出，洛氏硬度R 標(biāo)尺在100以上的測(cè)試結(jié)果無異常，而在100以下 的測(cè)試結(jié)果偏低。因此，只能是設(shè)備的內(nèi)置參數(shù)標(biāo)線出現(xiàn)問題，需進(jìn)行標(biāo)線修正。
展開 2.洛氏硬度與維氏硬度的換算
(1)對(duì)Hans·Qvarnstorm提出的The Qvarnstorm換算公式
進(jìn)行修正后得出洛氏硬度與維氏硬度的換算公式為：
此公式用我國公布的黑色金屬硬度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，其HRC誤差基本上在±0.4 HRC 范圍內(nèi)，其最大誤差也僅士0.9HRC，計(jì)算的HV誤差最大為±15HV。
(2)根據(jù)不同壓頭所受應(yīng)力σHRC=σHV，通過對(duì)洛氏硬度與維氏硬度壓痕深度關(guān)系曲線的分析得出公式
本公式與國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)換算值對(duì)照,換算式計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值之誤差為±0.1HRC。
(3)根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用線性回歸的方法對(duì)洛氏硬度與維氏硬度的換算進(jìn)行探討，得出公式：
本公式使用范圍小，誤差較大，但計(jì)算簡(jiǎn)便，在對(duì)精度要求不高時(shí)可以使用。
3.洛氏硬度與布氏硬度的換算
(1)對(duì)布氏壓痕和洛氏壓痕深度關(guān)系進(jìn)行分析，根據(jù)壓頭的應(yīng)力σHRC =σHB得出換算公式
計(jì)算結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值對(duì)照，換算式計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值之誤差為±0.1HRC。
(2)根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用線性回歸法得到公式
公式誤差偏大，使用范圍偏小，但計(jì)算簡(jiǎn)便，在對(duì)精度要求不高的情況下可以使用。
4.布氏硬度與維氏硬度的換算
布氏硬度與維氏硬度的關(guān)系，同樣根據(jù)σHB=σHV得出公式
此公式換算結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)換算值對(duì)照，換算誤差為±2HV。
5.努氏硬度與洛氏硬度的換算
因?yàn)榕?em>硬度與洛氏硬度的對(duì)應(yīng)曲線類似于拋物線[7]，故由曲線得出近似的換算公式為
此公式比較精確，可以作為使用參考。
展開 測(cè)試結(jié)果有誤，根據(jù)數(shù)據(jù)先預(yù)計(jì)大概的問題原因，球壓痕硬度的計(jì)算公式因果關(guān)系明確，測(cè)試結(jié)果偏大首先確認(rèn)測(cè)試結(jié)果的計(jì)算公式中包含的施加的負(fù)荷和壓入鋼球的表面積是否正常且穩(wěn)定。在排除砝碼和壓頭的表面積沒問題后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)的實(shí)際負(fù)荷計(jì)算公式進(jìn)行逐一排查，找出問題并相對(duì)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。
2.由于洛氏硬度與球壓痕硬度是在一臺(tái)設(shè)備上進(jìn)行測(cè)試，在調(diào)整球壓痕硬度的修正深度后也需要考慮到是否會(huì)對(duì)洛氏硬度的測(cè)試帶來一定的影響。通過標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)學(xué)關(guān)系公式同時(shí)確認(rèn)洛氏-α硬度與球壓痕硬度的準(zhǔn)確性。
展開 當(dāng)模具鋼塊的厚度大于150mm時(shí)，儀器的測(cè)試頭還可以取下來當(dāng)作錘擊式布氏硬度計(jì)使用。它只要接觸鋼塊的一側(cè)就可以測(cè)試，可以測(cè)試任意大的模具鋼塊。測(cè)試精度遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的錘擊式布氏硬度計(jì)。
沈陽天星試驗(yàn)儀器有限公司研制生產(chǎn)的PHR系列大型便攜式洛氏硬度計(jì)也可以用于模具鋼材的硬度檢測(cè)。供貨狀態(tài)的模具鋼硬度在187-285HBS之間，可以用洛氏硬度計(jì)的HRB及HRC標(biāo)尺來測(cè)試。測(cè)試后經(jīng)查表將洛氏硬度值換算成布氏硬度值，仍然具有相當(dāng)高的精度。這種洛氏硬度計(jì)也是采用了一個(gè)C型架結(jié)構(gòu)，C型架開口尺寸為200mm和500mm，模具鋼的厚度只要小于這個(gè)尺寸就可以測(cè)試，儀器測(cè)試精度可以達(dá)到1.0HRC，換算成布氏硬度的誤差大約是5-7HBW。
完成了機(jī)械加工的模具鋼材料要進(jìn)行淬火回火處理，再經(jīng)過精磨和拋光就可成為成品模具。淬火回火處理后的模具硬度檢測(cè)更為重要，因?yàn)檫@時(shí)的材料硬度是一個(gè)非常重要的質(zhì)量指標(biāo)，它在很大程度上決定了成品模具的使用壽命。淬火回火的模具鋼材料要求使用洛氏硬度計(jì)、測(cè)試HRC洛氏硬度。模具鋼成品需要具有足夠的硬度，同時(shí)還要有一定的韌性，而硬度和韌性是一對(duì)矛盾，為了在具有合理韌性的條件下，便模具具有較高的硬度，最佳的硬度值就會(huì)被限制在一個(gè)比較窄的范圍內(nèi)，通常只有2-4個(gè)HRC單位。
成品、半成品模具的硬度測(cè)試是一個(gè)難于解決的問題。一直沒有一個(gè)較為理想的解決方案。只有少數(shù)體積和重量較小的模具可以搬到臺(tái)式洛氏硬度計(jì)上測(cè)試。而大多數(shù)情況下的通常做法是，在近似相同的工藝條件下制作一個(gè)工藝試片，用工藝試片的硬度代表模具的硬度，然而二者之間常常還存在較大的差異，這種方法也不夠理想。
里氏硬度計(jì)為成品、半成品模具的硬度測(cè)試提供了一個(gè)解決方案，可以通過測(cè)試模具的里氏硬度，然后換算成HRC洛氏硬度。
展開 此外在硬度值大于HV900時(shí)此公式誤差很大，失去參考價(jià)值。
(2)經(jīng)過推導(dǎo)與修正提出努氏硬度與維氏硬度的換算公式為
經(jīng)實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證，該公式的最大相對(duì)換算誤差為0.75%，具有較高的參考價(jià)值。
2.洛氏硬度與維氏硬度的換算
(1)對(duì)Hans·Qvarnstorm提出的The Qvarnstorm換算公式
進(jìn)行修正后得出洛氏硬度與維氏硬度的換算公式為：
此公式用我國公布的黑色金屬硬度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，其HRC誤差基本上在±0.4HRC 范圍內(nèi)，其最大誤差也僅士0.9HRC，計(jì)算的HV誤差最大為±15HV。
(2)根據(jù)不同壓頭所受應(yīng)力σHRC=σHV，通過對(duì)洛氏硬度與維氏硬度壓痕深度關(guān)系曲線的分析得出公式
本公式與國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)換算值對(duì)照,換算式計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值之誤差為±0.1HRC。
(3)根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用線性回歸的方法對(duì)洛氏硬度與維氏硬度的換算進(jìn)行探討，得出公式：
本公式使用范圍小，誤差較大，但計(jì)算簡(jiǎn)便，在對(duì)精度要求不高時(shí)可以使用。
3.洛氏硬度與布氏硬度的換算
(1)對(duì)布氏壓痕和洛氏壓痕深度關(guān)系進(jìn)行分析，根據(jù)壓頭的應(yīng)力σHRC=σHB得出換算公式
計(jì)算結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值對(duì)照，換算式計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值之誤差為±0.1HRC。
(2)根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用線性回歸法得到公式
公式誤差偏大，使用范圍偏小，但計(jì)算簡(jiǎn)便，在對(duì)精度要求不高的情況下可以使用。
4.布氏硬度與維氏硬度的換算
布氏硬度與維氏硬度的關(guān)系，同樣根據(jù)σHB=σHV得出公式
此公式換算結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)換算值對(duì)照，換算誤差為±2HV。
5.努氏硬度與洛氏硬度的換算
因?yàn)榕?em>硬度與洛氏硬度的對(duì)應(yīng)曲線類似于拋物線，故由曲線得出近似的換算公式為
此公式比較精確，可以作為使用參考。
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洛氏硬度的最新內(nèi)容
機(jī)械強(qiáng)度拉滿：JSJHTPI-02彎曲強(qiáng)度達(dá)160MPa，彎曲模量高達(dá)3.1GPa，洛氏硬度122HRR，耐磨抗沖擊，長期使用不易損耗。拉伸強(qiáng)度達(dá)118Mpa，拉伸模量3.1Gpa，產(chǎn)品具有高韌性。
絕緣性能優(yōu)異：JSJHTPI-02介電常數(shù)3.4，在23℃，體積電阻為10-16，可為電子設(shè)備筑牢安全屏障。
實(shí)驗(yàn)室2、4、5、6、7測(cè)試結(jié)果一致性較好，因而可以判定實(shí)驗(yàn)室3洛氏硬度值是異常偏低的。
因此，接下來需探究設(shè)備的差異，是否會(huì)對(duì)洛氏硬度測(cè)試結(jié)果存在影響。
2.3 設(shè)備差異分析
實(shí)驗(yàn)室3的洛氏硬度計(jì)，在測(cè)試樣品的過程中，加載和卸載操作完全靠機(jī)器自動(dòng)化操作來實(shí)現(xiàn)；實(shí)驗(yàn)室4的洛氏硬度計(jì)在測(cè)試的過程中，依靠人工加載和卸載的方式來實(shí)現(xiàn)。
05
努氏硬度→洛氏硬度
因?yàn)榕?em>硬度與洛氏硬度的對(duì)應(yīng)曲線類似于拋物線，故由曲線得出近似的換算公式為
此公式比較精確，可以作為使用參考
（2）洛氏硬度
以測(cè)量壓痕深度表示材料的硬度值，每0.002mm相當(dāng)于1洛氏硬度單位。
壓頭分兩種：
1、圓錐角α=120°的金剛石圓錐體，
2、直徑為Φ1.588mm的小淬火鋼球。
洛氏硬度計(jì)算式：
HR=（k-h）/ 0.002
壓頭1：k=0.2mm；壓頭2：k=0.26mm。
常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。
布氏硬度（HB）：以一定的載荷(一般3000kg)把一定大?。ㄖ睆揭话銥?0mm）的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時(shí)間，去載后，負(fù)荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值(HB)，單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。
洛氏硬度（HR）：當(dāng)HB>450或者試樣過小時(shí)，不能采用布氏硬度試驗(yàn)而改用洛氏硬度計(jì)量。
（2）洛氏硬度
以測(cè)量壓痕深度表示材料的硬度值，每0.002mm相當(dāng)于1洛氏硬度單位。
熱處理工藝參數(shù)：880℃*2min水淬+800℃*1min水淬+400℃*10min回火，空冷后用HR-150A型洛氏硬度計(jì)測(cè)定硬度。
50Mn2V淬火：淬火溫度860℃，油冷；回火溫度410℃。
在修正了設(shè)備深度后并且驗(yàn)證了球壓痕硬度的測(cè)試結(jié)果比對(duì)在允差范圍內(nèi)，為了避免深度修正影響洛氏硬度，根據(jù)洛氏硬度標(biāo)準(zhǔn)《GB.T 3398.2 塑料 硬度測(cè)定 第2部分：洛氏硬度》中的附錄A和《ASTM D785-65 塑料與電絕緣材料洛氏硬度試驗(yàn)方法》中的方法B，通過計(jì)算出洛氏-α硬度，根據(jù)Fett證明的洛氏-α硬度（HRa）與球壓痕硬度（H）之間存在的數(shù)學(xué)公式，換算出球壓痕硬度，兩者之間的關(guān)系圖如圖6
5.努氏硬度與洛氏硬度的換算
因?yàn)榕?em>硬度與洛氏硬度的對(duì)應(yīng)曲線類似于拋物線，故由曲線得出近似的換算公式為
此公式比較精確，可以作為使用參考。
硬度計(jì)的應(yīng)用
常使用的硬度計(jì)有洛氏硬度計(jì)（臺(tái)式）與里氏硬度計(jì)（便攜式）常用的硬度單位為洛氏HRC、布氏HB、維氏HV。
洛式硬度計(jì)HR (臺(tái)式硬度計(jì)）
洛氏硬度試驗(yàn)方法是用一個(gè)頂角為120度的金剛石圓錐休或直徑為1.59/3.18mm的鋼球，在一定的載荷壓入被測(cè)材料表面，由壓痕深度求出材料硬度。根據(jù)材料硬度不同，可分為三種不同的標(biāo)度來表示HRA、HRB、HRC。
