洛氏硬度檢測方法

　　洛氏硬度檢測法同布氏和維氏硬度檢測法—樣，是三種最常用的硬度檢測法之一。

　　洛氏硬度試驗國家標準的演變，介紹的金屬洛氏硬度試驗GB/T230.1—2004系采用國際標準化組織ISO 6508—1—1999：《金屬材料洛氏硬度試驗第1部分：試驗方法( A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T 標尺)》。這一標準代替了GB/T230—1991《金屬洛氏硬度試驗方法》和GB/T1818—1994《金屬表面洛氏硬度試驗方法》。

　　一、洛氏硬度檢測方法

　　1.原理

　　洛氏硬度檢測法采用120°金剛石圓錐或硬質合金球（規定直徑的）作為壓頭，在初始檢測力F0作用下，再加上主檢測力F1，在總檢測力F作用下，將壓頭壓入試樣表面。之后卸除主檢測力，在保留初始試驗力F0測量壓痕深度殘余增量h，根據h值及常熟N和S（見表3-1）用式（3-1）計算洛氏硬度。

　　2.符號及計算公式

　　洛氏硬度檢測及計算公式所用符號及其含義見表3-1。

　　計算公式： 洛氏硬度＝N－h/s (3―1)

　　根據洛氏硬度定義，一個洛氏硬度（HR）單位在特定條件下定義為0.002mm的壓痕深度殘余增量。

　　規定洛氏硬度讀數如下：用金剛石壓頭（A、C、D標尺）公式為洛氏硬度＝l00―h/0.002；用鋼球或硬質合金球壓頭（B、E、F、G、H、K標尺）為洛氏硬度＝130-h/0.002。

　　由HR= N -h/s公式看出，壓痕深度的殘余增量h越大，則洛氏硬度值越低；h越小，硬度值越高。式中N為定義常數，用球壓頭為130；用金剛石壓頭為100。所謂標尺，是用不同壓頭和總檢測力的組合加以區分。例如用金剛石圓錐壓頭，總檢測力為980.7N（100kgf)時,是B標尺HRB。

　　h是去除主檢測力后，在保持初始檢測力F0下的殘余壓痕深度增量。用金剛石壓頭，147lN總檢測力條件下，在卸除主檢測力后，如h為0.08mm，因為每一洛氏硬度單位為0.002mm，則HRC＝100-40=60。由此可看出此值無量綱為一有條件的無名數。

　　N值為什么定義為100和130？當壓頭為金剛石圓錐體時，因為HRC（A）規定用于測量較硬的材料，如淬火后的鋼及硬質合金等，一般不會出現壓入深度為0.2mm而使硬度值為零的情況。當壓頭為球時，多用于測量中等及較低硬度的材料，硬度值跨度較大，為了避免出現負值，將用球的洛氏標尺N值均定為130。表面洛氏N值均定義為100。

　　3.加載方式

　　砝碼加載

　　彈簧加載

　　液壓加載

　　閉環傳感器控制

　　4.洛氏硬度標尺及技術參數

　　GB/T230.1-2004標準中共有15個標尺，其中包括A、B、C、D、E、F、G、H、K9個標尺技術參數見表3-2，表面洛氏N、T 6個標尺參數見表3-6。

　　5.標尺的應用原則

　　HRA—適用于測定堅硬或薄硬材料硬度，如硬質合金、滲碳后淬硬鋼、經硬化處理后的薄鋼帶、薄鋼板等。因為對于HRC＞67的材料若仍用1471N檢測力易于損壞金剛石壓頭。宜用檢測力較小，壓人深度較淺的HRA標尺。

　　HRB—適宜用于測定中等硬度的材料，如經退火后的中碳和低碳鋼、可鍛鑄鐵、各種黃銅和大多數青銅以及經固溶處理時效后的各種硬鋁合金等。適用范圍是20～100HRB。當試樣硬度小于20HRB時，因為這些金屬的蠕變行為，試樣在檢測力作用下變形將持續很長時間，表上的指針或光學投影刻度將長時緩慢移動，難以測量準確。而當HRB＞100時，因為球壓入深度過淺，靈敏度降低，影響測量精度。

　　HRC—最適用于測定經淬火及低溫回火后的碳素鋼、合金鋼以及工、模具鋼，也適用于測定冷硬鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵、鈦合金等。一般HRB＞100的材料可用C標尺測定，當HRC＜20時，由于金剛石壓頭壓入過深，壓頭圓錐的影響增大，產生下滑現象，影響測量準確性，宜換用HRB標尺測定。

　　HRD—是介于HRA和HRC之間的一種標尺，適用于壓入深度介于A和C標尺之間的各種材料，如表面熱處理強化后的鋼試樣、珠光體可鍛鑄鐵等。

　　HRE—適用于測定一般鑄鐵、鋁合金、鎂合金、軸承合金及其他類似軟金屬。

　　HRF—適用于韌化黃銅、紫銅、一般鋁合金等。

　　HRG—適用相當于HRB近于100的材料。因為這時時可比HRB檢測近于100時的靈敏度為高。

　　HRH—適用于鋁、鋅、鉛等軟金屬合金，因為H標尺使用壓頭直徑大；檢測力又小，且可迅速直接讀數。

　　HRK—適用于軸承合金和其他軟金屬材料。

　　以上除洛氏A、B、C三個標尺外，其余洛氏D、E、F……等6個標尺都是在修訂后的標準中增添的。因為在ISO標準中，這些標尺早已有應用，我國加入WTO以后，國際貿易、技術交流將會更加頻繁，為參照對比國際上各種硬度要求，這些標尺的應用是很重要的。

　　6.應用范圍及其特點

　　洛氏硬度檢測操作簡便、迅速，工作效率高。由于其使用檢測力小，所產生的壓痕比布氏硬度檢測的壓痕小，因而對制件表面沒有明顯損傷。由于使用金剛石壓頭和兩種直徑球作為壓頭，有三種檢測力，共計有9個標尺（見表3-2），可以測量從較軟到較硬材料的硬度。使用范圍寬廣。再者有預檢測力，所以試件表面輕微的不平度對硬度值的影響比布氏、維氏為小。因此，適用于成批生產大量檢測的機械、冶金熱加工過程中以及半成品或成品檢驗。特別適用于刃具、模具、量具、工具等的成品制件檢測。

　　7.檢測及注意事項

　　1）檢測前的準備

　　 （1）用于進行洛氏硬度檢測的硬度計及壓頭應符合GB/T230.2—2002洛氏硬度計技術條件要求。

　　（2）試驗一般在10～35℃室溫下進行。對精度要求較高時，室溫應控制在（23士5) ℃。

　　（3）選擇標尺時，根據試樣的材質以及其熱處理狀態，參考“5節”標尺的應用原則，選用壓頭及檢測力。

　　（4）如壓頭是取下的，應首先安裝好壓頭。如為側面螺釘固緊壓頭，正確的裝置方法是：把壓頭尾部插入主軸孔內，輕扭螺釘帽但不要上緊，用一試樣加上初檢測力，在受力情況下它的臺階面與主軸下端面靠緊，使無傾斜或間隙，然后再擰緊緊固螺釘。

　　（5）選擇好合適的試驗臺，試驗臺支承面應潔凈，試樣應能穩固的放置于試驗臺上，以保證在檢測過程中不產生位移和變形。

　　（6）檢則前，應使用與試樣硬度值相近的標準洛氏硬度塊對硬度計進行校驗，在符合允許誤差范圍內進行檢測。

　　2）試樣

　　（1）試樣在制備過程中，應盡量避免由于受熱，冷加工等對試樣表面硬度造成影響。

　　（2）對于在用金剛石圓錐壓頭進行的試驗，試樣或試驗層厚度應不小于殘余壓痕深度的10倍；對于用球壓頭進行的試驗，試樣或試驗層的厚度應不小于殘余壓痕深度的15倍。圖3―5和圖3―6給出了洛氏硬度最小厚度關系圖。

　　（3）試樣的試驗面盡可能是平面，不應有氧化皮及其他污物、裂縫。表面粗糙度Ra一般不大于0.80μm。

　　3）試驗中注意事項

　　（1）在任何情況下不允許壓頭與試臺及支座、試樣觸碰。試樣支承面、支座和試臺工作面上均不得有壓痕。

　　（2）檢測時，必須保證檢測力方向與試樣的檢測面垂直。

　　（3）在檢測過程中，有關裝置不應受到沖擊和振動

　　 （4）應均勻平穩地施加檢測力，不得有沖擊與振動。

　　（5）對于低硬度材料，經協商試驗力保持時間可以延長，允差±2s。

　　（6）兩相鄰壓痕中心間距離至少應為壓痕直徑的4倍，但不得小于2mm。

　　（7）任一壓痕中心距試樣邊緣距離至少應為壓痕直徑的2.5倍，但不得小于1mm。

　　（8）在每個試樣上的檢測點數應不少于四點（第一點不記）。對大批量試樣的檢測，點數可適當減少。

　　4）檢測結果處理

　　（1）檢測報告中給出的洛氏硬度值應精確至0.5個洛氏硬度單位。

　　（2）對于在圓柱面和球面上測得的洛氏硬度值，應按表3-3～表3-5進行修正。表中修正值均為正值。

　　（3）結果的書寫

　　洛氏硬度用符號HR表示，HR前為硬度數值，HR后面為使用的標尺。例如，50HRC表示用C標尺測定的洛氏硬度值為50；80HRB表示用B標尺測定的洛氏硬度值為80；75HRFW表示用F標尺，壓頭為硬質合金球，硬度值為75。

　　資料摘取于《金屬硬度檢測手冊》

　　最常用的HR-150A洛氏硬度計技術參數

　　主要技術規格：

　　█測量范圍：20—88HRA, 20—100HRB, 20—70HRC

　　█試驗力：588.4、980.7、1471牛頓（60、100、150公斤力）

　　█試樣允許最大高度：170㎜

　　█壓頭中心至機壁距離：135㎜

　　█硬度分辨率：0.5HR

　　█外形尺寸：466×238×630㎜

　　█重量：約65㎏

　　主要特點：

　　█手動洛氏硬度計，精確、可靠、耐用，測試效率高；

　　█表盤直接讀數，HRA、HRB、HRC標尺；

　　█可選配洛氏的其它標尺；

　　█精密油壓緩沖器，加載速度可調；

　　█機械手動測試過程，無需電器控制；

　　█廣泛適用于生產現場中的品質監控，工作環境適應性強；

　　█精度符合GB/T230.2 ISO6508-2和美國ASTM E18 。

　　應用范圍：

　　█測定黑色金屬、有色金屬、非金屬材料的洛氏硬度測量；

　　█曲面測量穩定可靠。