硬度(Hardness或Stiffness)是指材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力。普通硬質合金的硬度一般爲86~93HRA(相當于69~81HRC),較高的硬度,也使得合金廣泛應用于刀具、礦山開采工具和模具等領域中。常見的硬度測試方法有以下幾種:
一、洛氏硬度
是美國的S.P.洛克韋爾于1919年提出的,記爲HR。洛氏硬度所采用的壓頭是錐角爲120°的金剛石圓錐或直徑爲1/16英寸的鋼球,幷用壓痕深度作爲標定硬度值的依據。測量時,總載荷分初載荷和主載荷兩次施加,初載荷一般選用10千克力,加至總載荷後卸去主載荷,幷以這時的壓痕深度來衡量材料的硬度。HR=(k-h)/0.02,式中h表示塑性變形壓痕深度(毫米);k是規定的常量;分母中的0.002(毫米)是每洛氏硬度單位對應的壓痕深度。
爲了適應極寬闊的測量範圍,可采用改變載荷和更換壓頭兩種辦法。不同的載荷和壓頭組成不同的洛氏硬度標尺,常用的標尺有A、B、C三種。標尺A用于鎢、硬質合金及其他硬材料,還用于淬硬的薄鋼帶。
洛氏硬度試驗采用三種試驗力,三種壓頭,它們共有9種組合,對應于洛氏硬度的9個標尺。最常用標尺是HRC、HRA、HRB和HRF,其中HRC標尺用于測試淬火鋼、回火鋼、調質鋼和部分不銹鋼。HRA標尺一般用于測試硬質合金和薄硬鋼帶材料。
由美國標準ASTME140可以獲得以下換算關係:27HRA≈30HRB;60HRA≈100HRB≈20HRC;85.6HRA≈68HRC。
該方法特點:測量迅速簡便,效率高;試驗力小,壓痕小;可測定各種材料的硬度;可測定較薄工件的硬度;可測成品;測量精度低,需要多次測量取平均值。
二、布氏硬度
是瑞典工程師J.A.布裏涅耳于1900年提出的,記爲HB,適合測量灰鑄鐵、軸承合金和具有粗大晶粒的金屬材料,適用于原料及半成品硬度測量。布氏硬度的測量方法是用規定大小的載荷,把鋼球壓入被測材料表面,持續規定的時間後卸載,用載荷值和壓痕面積(平方毫米)之比定義硬度值。例如,150HBW10/1000/30表示壓頭直徑爲10mm的硬質合金球,在1000kgf試驗力的作用下,保持30s時測得的布氏硬度值爲150。
該方法特點: 試驗力大,壓痕大,準確性高;測量效率低;不宜測量太小或太薄的試樣;不宜測高硬度材料;不宜測成品。
三、維氏硬度
是英國史密斯和塞德蘭德于1925年提出的,記爲HV,比布氏、洛氏硬度試驗測量範圍更寬,從較軟材料到超硬材料,幾乎涵蓋各種材料。
維氏硬度的測定原理基本上和布氏硬度相同,也是根據壓痕單位面積上的載荷來計算硬度值。試驗時,在一定載荷的作用下,試樣表面上壓出一個四方錐形的壓痕,測量壓痕對角綫長度,除以計算壓痕的表面積,載荷除以表面積的數值就是試樣的硬度值。
不同的測試方法有不同的硬度標準。各種硬度標準的力學含義不同,所以相互不能直接換算,但可通過試驗加以對比。