硬度计的试验原理介绍

    金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力，称为硬度。

    根据试验方法和适用范围不同，硬度又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度、显微硬度和高温硬度等。

    对于管材一般常用的有布氏、洛氏、维氏硬度三种。

    A、布氏硬度（HB）

    用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力（F）压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径（L）。

    布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS（钢球）表示，单位为N/mm2（MPa）。

    其计算公式为：

    式中：F--压入金属试样表面的试验力，N；

    D--试验用钢球直径，mm；

    d--压痕平均直径，mm。

    测定布氏硬度较准确可靠，但一般HBS只适用于450N/mm2（MPa）以下的金属材料；

    对于较硬的钢或较薄的板材不适用。

    在钢管标准中，布氏硬度用途广，往往以压痕直径d来表示该材料的硬度，既直观，又方便。

    举例：120HBS10/1000130：表示用直径10mm钢球在1000Kgf（9.807KN）试验力作用下，保持30s（秒）测得的布氏硬度值为120N/ mm2（MPa）。

    B、洛氏硬度（HK）

    洛氏硬度试验同布氏硬度试验一样，都是压痕试验方法。

    不同的是，它是测量压痕的深度。

    即，在初邕试验力（Fo）及总试验力（F）的先后作用下，将压头（金钢厂圆锥体或钢球）压入试样表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，用测量的残余压痕深度增量（e）计算硬度值。

    其值是个无名数，以符号HR表示，所用标尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9个标尺。其中常用于钢材硬度试验的标尺一般为A、B、C，即HRA、HRB、HRC。

    硬度值用下式计算：

    当用A和C标尺试验时，HR=100-e

    当用B标尺试验时，HR=130-e

    式中e--残余压痕深度增量，其什系以规定单位0.002mm表示；

    即当压头轴向位移一个单位（0.002mm）时，即相当于洛氏硬度变化一个数。

    e值愈大，金属的硬度愈低，反之则硬度愈高。

    上述三个标尺适用范围如下：

    HRA（金刚石圆锥压头）20-88

    HRC（金刚石圆锥压头）20-70

    HRB（直径1.588mm钢球压头）20-100

    洛氏硬度试验是目前应用很广的方法，其中HRC在钢管标准中使用仅次于布氏硬度HB。

    洛氏硬度可适用于测定由软到硬的金属材料，它弥补了布氏法的不是，较布氏法简便，可直接从硬度机的表盘读出硬度值。

    但是，由于其压痕小，故硬度值不如布氏法准确。

    C、维氏硬度（HV）

    维氏硬度试验也是一种压痕试验方法，是将一个相对面夹角为1360的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力（F）压入试验表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量压痕两对角线长度。

    维氏硬度值是试验力除以压痕表面积所得之商，其计算公式为：

    式中：HV--维氏硬度符号，N/mm2（MPa）；

    F--试验力，N；

    d--压痕两对角线的算术平均值，mm。

    维氏硬度采用的试验力F为5（49.03）、10（98.07）、20（196.1）、30（294.2）、50（490.3）、100（980.7）Kgf（N）等六级，可测硬度值范围为5～1000HV。

    表示方法举例：640HV30/20表示用30Hgf（294.2N）试验力保持20S（秒）测定的维氏硬度值为640N/mm2（MPa）。

    维氏硬度法可用于测定很薄的金属材料和表面层硬度。

    它具有布氏、洛氏法的主要优点，而克服了它们的基本缺点，但不如洛氏法简便。维氏法在钢管标准中很少用。