硬度是衡量材料抵抗局部变形,特别是塑性变形、压痕或划痕的能力,其单位因测试方法的不同而有所差异,常见的硬度单位如下:
布氏硬度(HB)
单位定义:布氏硬度没有明确的单位名称,它表示材料表面抵抗球体压头压入时所产生塑性变形的抗力。通过用一定直径的硬质合金球,以规定的试验力压入试样表面,经规定保持时间后,卸除试验力,测量试样表面的压痕直径来计算布氏硬度值。计算公式为:,其中为试验力(单位:N),为压头球体直径(单位:mm),为压痕平均直径(单位:mm) 。
应用场景:常用于原材料、退火件、正火件及调质件等较软材料的硬度测量,如灰铸铁、有色金属及其合金等。在机械制造领域,对于一些承受较大压力但相对摩擦较小的零件,如减速机箱体、大型铸钢件等,常采用布氏硬度来衡量其硬度。
洛氏硬度(HRA、HRB、HRC 等)
单位定义:同样没有明确的单位名称,它是用一个顶角为 120° 的金刚石圆锥体或直径为 1.588mm、3.175mm 的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕深度来确定硬度值。根据所使用的压头和载荷的不同,洛氏硬度分为 HRA、HRB、HRC 等不同标尺。例如 HRC 标尺,是采用 150kgf 的总试验力和金刚石圆锥压头,计算公式为,其中为压痕深度残余增量(单位:mm)。
应用场景:应用广泛,HRA 常用于测量高硬度材料,如硬质合金、表面淬火层等;HRB 适用于测量较软材料,如退火铜合金、铝合金等;HRC 常用于测量中等硬度到高硬度的材料,如淬火钢、调质钢等,在汽车制造、刀具制造等行业应用普遍。
维氏硬度(HV)
单位定义:与布氏硬度类似,无明确单位名称。它是将相对面夹角为 136° 的正四棱锥金刚石压头以一定的试验力压入试样表面,保持规定时间后,卸除试验力,测量压痕对角线长度,进而计算出压痕表面积,维氏硬度值是试验力与压痕表面积之比。计算公式为:,其中为试验力(单位:N),为压痕对角线长度(单位:mm)。
应用场景:适用于各种材料,尤其适合测量薄件、表面硬化层及镀层等的硬度,因其压痕较小,对被测材料表面损伤小,能精确反映材料微观区域的硬度。在电子元器件制造、航空航天零部件的表面处理层硬度检测中应用较多。
肖氏硬度(HS)
单位定义:以 “HS” 表示,是一种动载荷试验法,其原理是将规定形状的金刚石冲头从固定高度自由下落到试样表面,冲头弹起一定高度,用冲头回弹高度与下落高度的比值来计算肖氏硬度值,公式为,为常数 。
应用场景:常用于大型工件、轧辊等不易移动或不便采用其他硬度测试方法的材料硬度测量,在冶金行业对大型铸锻件、热轧钢材的硬度检测中较为常用。
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