洛氏布氏维氏硬度计的测试原理
硬度实验_精品文档
实验24 洛氏、布氏、维氏3学时，导前课程：材料力学性能审编责任人：吴腾一、实验目的1.了解不同类型硬度测定的基本原理及应用范围。
2.掌握各种硬度计的操作方法。
二、实验内容测量45#钢（退火态或正火）的布氏硬度；测量45#钢（淬火态）的洛氏硬度和维氏硬度。
三、实验仪器、设备及材料洛氏硬度计，布氏硬度计，维氏硬度计和显微维氏硬度计。
四、实验原理硬度是指材料对另一较硬物体压入表面的抗力，是重要的机械性能之一。
它是给初级金属材料软硬程度的数量概念，硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难，硬度实验方法简单，操作方便，出结果快，又无损于零件，因此被广泛应用。
测定金属硬度的方法很多，有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
1．布氏硬度试验(1)布氏硬度实验原理布氏硬度实验是以一定直径的钢球施加一定负荷P，压入被测金属表面（如图24-1所示）保持一定时间，然后卸荷，根据金属表面的压痕面积F求应力值，以此作为硬度值的计量指标，以HB表示，则HBπ/=（3-1）/=FPDhP式中：P—负荷（kgf）；D—钢球直径（mm）；h—压痕深度（mm）(a) 原理图(b) h和d的关系图24-1 布氏硬度实验原理图由于测量压痕d 要比测量压痕深度h 容易，将h 用d 代换，这可由图24-1（b ）中的△Oab 关系求出：222222⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛h D d D （3-2） 转换可得，222d D D h --= （3-3）将式（3-3）代入式（3-1）即得：)(222d D D D PHB --=π （3-4）式（3-4）中，只有d 是变数，所以只要测量出压痕直径，就可根据已知的D 和P 值计算出HB 值。
在实际测量时，可根据HB 、D 、P 、d 的值所列成的表，若D 、P 已选定，则只需用读数测微尺（将实际压痕直径d 放大10倍的测微尺）测量压痕直径d ，就可直接查表求得HB 值。
布氏 洛氏 维氏 硬度
布氏洛氏维氏硬度
布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度是三种常用的硬度指标，它们在测量原理和应用上存在一些差异。
1. 布氏硬度（HBW）：以一定的载荷把一定大小、直径一般为十毫米的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间去载后，负荷与其压痕面积之比值即为布氏硬度值，用H表示，单位是平方毫米牛。
2. 洛氏硬度（HR）：当硬度过高或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计测量。
它是用一个支持角120度的金刚石圆锥体或直径为1.59和
3.18毫米的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。
洛氏硬度用HR表示。
根据试验材料硬度的不同，有多种标尺表示，常用的有三种标尺：HRA：是采用60kgf载荷和金刚石圆锥压头压入求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。
HRB：是采用100kgf载荷和直径1.5875mm淬硬的钢球压头，求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。
HRC：是采用150kgf载荷和金刚石圆锥压头压入求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。
3. 维氏硬度（HV）：以一百二十千克以内的载荷和支持角为136度的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值。
总的来说，三种硬度测量方法均基于不同的原理，各有其特点和适用范围。
在实际应用中，需要根据材料的特性和测试需求选择合适的测量方法。
布氏硬度 维氏硬度 洛氏硬度
布氏硬度维氏硬度洛氏硬度
布氏硬度（Brinell Hardness）是圆锥形硬度计法中发明的一种形式。
布氏硬度是把一个硬度轮（球形或圆锥形）压在材料表面，用一定的重力压缩萤火虫，注意它的压缩深度，可以测量材料的硬度。
它的布氏硬度用单位是“千帕”，缩写为“HB”（也可以写成“KG/mm2”），硬度越高，单位数值越大，说明硬度越大。
维氏硬度（Vickers Hardness）是一种硬度测量方法，它将一定的重力施加在锐角斜刃上，记录下它给样品留下的形变，通过求得形变面积来测量材料的硬度。
维氏硬度单位是千牛顿，简写为“HV”（也可以写成“Kgf/mm2”），硬度越大，单位数值越大，表明硬度越大。
洛氏硬度（Rockwell Hardness）也叫洛氏硬度比较测量，它是在固定深度和压力下，将硬度轮用规定重量放在样品表面上，测量材料在被压缩后恢复到原状所需要的力，从而间接求出硬度值；维氏硬度单位是“千磅”，简称为“HR”（也可以写成“N/mm2”），硬度越大，单位数值越大，表示硬度越大。
最新洛氏、布氏、维氏硬度计的测试原理
硬度计的种类很多，这里重点介绍最常用的洛氏、布氏、维氏硬度计的测试原理。
一、洛氏硬度的测量原理洛氏硬度测量法是最常用的硬度试验方法之一。
它是用压头(金刚石圆锥或淬火钢球)在载荷(包括预载荷和主载荷)作用下，压入材料的塑性变形浓度来表示的。
通常压入材料的深度越大，材料越软；压入的浓度越小，材料越硬。
图14-1表示了洛氏硬度的测量原理。
图中：0-0：未加载荷，压头未接触试件时的位置。
1-1：压头在预载荷P0(98.1N)作用下压入试件深度为h0时的位置。
h0包括预载所引起的弹形变形和塑性变形。
2-2：加主载荷P1后，压头在总载荷P= P0+ P1的作用下压入试件的位置。
3-3：去除主载荷P1后但仍保留预载荷P0时压头的位置，压头压入试样的深度为h1。
由于P1所产生的弹性变形被消除，所以压头位置提高了h，此时压头受主载荷作用实际压入的浓度为h= h1- h0。
实际代表主载P1造成的塑性变形深度。
h值越大，说明试件越软，h值越小，说明试件越硬。
为了适应人们习惯上数值越大硬度越高的概念，人为规定，用一常数K减去压痕深度h的数值来表示硬度的高低。
并规定0.002mm为一个洛氏硬度单位，用符号HR表示，则洛氏硬度值为：为了扩大洛氏硬度的测量范围，可用不同的压头和不同的总载荷配成不同标度的洛氏硬度。
洛氏硬度共有15种标度供选择，它们分别为：HRA，HRB，HRC，HRD，HRE，HRF，HRG，HRH，HRK，HRL，HRM，HRP，HRR，HRS，HRV。
其中常用的几种标度列表如下：表14-1 各种洛氏硬度值的符号及应用二、布氏硬度的测量原理选择一事实上的载荷P，把直径为D的淬火钢球压入试件表面并保持一定时间，然后卸去载荷，测量钢球在试样表面压出的压痕直径d，计算出压痕面积，算出载荷P与压痕面积的比值，这个比值所表示的硬度就是布氏硬度，用符号HB表示。
布氏硬度的测量原理如图11-2所示。
设压痕的深度为h，则压痕的球冠面积为：(14-2)式中：P——测试用的载荷(kg)；D——压头钢球的直径(mm)；d——压痕直径(mm)；F——压痕面积(mm2)。
硬度计的原理
硬度计的原理
硬度计是一种用于测量材料硬度的仪器。
不同类型的硬度计采用不同的原理，以下介绍几种常见的硬度计原理：
1. 布氏硬度计原理：布氏硬度计是通过将一个钢球或钨碳化钨球压入材料表面来测量硬度。
硬度计中的压入深度与施加的载荷成正比。
布氏硬度值通过测量压入球对应的压入深度来确定。
2. 洛氏硬度计原理：洛氏硬度计使用一个金刚石圆锥或硬质合金球在材料表面施加压力来测量硬度。
硬度值由测量压痕的直径和使用的载荷大小来确定。
3. 维氏硬度计原理：维氏硬度计是通过在材料表面施加一个标准的压入载荷，然后测量压痕的对角线长度来测量硬度。
硬度值是通过将载荷和压痕对角线长度的比例与标准维氏硬度标尺进行比较得到的。
4. 硬度计原理：硬度计使用一个钻石或硬质合金锥形针尖，通过施加一定的载荷并测量针尖在材料表面产生的压痕大小来测量硬度。
硬度值由载荷大小和压痕面积的比例确定。
以上是常见的硬度计原理，每种原理都有其适用的材料和测量范围。
在使用硬度计时，需要根据具体的硬度计类型和材料性质选择适当的载荷和试验条件，以确保准确测量材料的硬度。
1/ 1。
布氏硬度洛氏硬度维氏硬度
布氏硬度洛氏硬度维氏硬度硬度是指物质抵抗外界力量的大小程度，也可以说是物质的抗压强度。
硬度测试是材料科学中非常重要的技术手段之一，它可以帮助我们对材料的性能进行评估和比较，同时也可以帮助我们选择合适的材料。
常用的硬度测试方法有很多种，其中比较常见的三种是布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
布氏硬度布氏硬度是一种用钢珠或硬金属球压入材料表面并通过约定深度的方法来测量材料硬度的方法。
这种测试方法以1809年英国化学家布鲁斯特命名，因此称为布氏硬度。
布氏硬度使用一个标准大小的钢珠或硬金属球，这个球会被一个预定的力度压入物质表面，压入深度直接反映了物质的硬度。
布氏硬度的计量方式是通过对布氏硬度产生的压痕进行比较来确定材料的硬度。
洛氏硬度测试是一种根据所需要的深度下划或打以及通过应用一定的负载而产生的硬度来测试材料硬度的方法。
它是一种静态压力试验，在测试中，硬度计针尖会被顶部载荷压在被测试的材料表面上，然后测量压痕的大小。
通过测量压痕的直径和截面积就可以计算出洛氏硬度。
使用洛氏硬度测试时，针头的类型、形状和尺寸是至关重要的，针头决定了测量结果的精度和可重复性。
维氏硬度测试是一种非常简单，直接的硬度测试方法。
维氏硬度测试用一个锥形的金属工具，在一定大小的负载下被压入试样表面，然后通过测量工具在试样表面留下的弯曲痕迹的对角线长度来确定硬度。
在维氏硬度测试中，硬度的计量单位是 HV，即维氏硬度。
不同的硬度测试方法在不同的材料和应用场合中具有独特的优缺点。
例如，布氏硬度测试通常用于较软的材料，如塑料、橡胶和泡沫等材料，而洛氏硬度测试则适用于大多数的金属。
维氏硬度测试方法通常适用于表面较小的金属样品，但对于其他材料可能并不适用。
总之，在选择硬度测试方法时，应根据需要测试的材料类型以及需要测量的硬度范围来确定适当的测试方法。
洛氏布氏维氏硬度计的测试原理
硬度计的种类很多，这里重点介绍最常用的洛氏、布氏、维氏硬度计的测试原理。
一、洛氏硬度的测量原理洛氏硬度测量法是最常用的硬度试验方法之一。
它是用压头(金刚石圆锥或淬火钢球)在载荷(包括预载荷和主载荷)作用下，压入材料的塑性变形浓度来表示的。
通常压入材料的深度越大，材料越软；压入的浓度越小，材料越硬。
图14-1表示了洛氏硬度的测量原理。
图中：0-0：未加载荷，压头未接触试件时的位置。
1-1：压头在预载荷P0(98.1N)作用下压入试件深度为h0时的位置。
h0包括预载所引起的弹形变形和塑性变形。
2-2：加主载荷P1后，压头在总载荷P= P0+ P1的作用下压入试件的位置。
3-3：去除主载荷P1后但仍保留预载荷P0时压头的位置，压头压入试样的深度为h1。
由于P1所产生的弹性变形被消除，所以压头位置提高了h，此时压头受主载荷作用实际压入的浓度为h= h1- h0。
实际代表主载P1造成的塑性变形深度。
h值越大，说明试件越软，h值越小，说明试件越硬。
为了适应人们习惯上数值越大硬度越高的概念，人为规定，用一常数K减去压痕深度h的数值来表示硬度的高低。
并规定0.002mm为一个洛氏硬度单位，用符号HR表示，则洛氏硬度值为：为了扩大洛氏硬度的测量范围，可用不同的压头和不同的总载荷配成不同标度的洛氏硬度。
洛氏硬度共有15种标度供选择，它们分别为：HRA，HRB，HRC，HRD，HRE，HRF，HRG，HRH，HRK，HRL，HRM，HRP，HRR，HRS，HRV。
其中常用的几种标度列表如下：表14-1 各种洛氏硬度值的符号及应用二、布氏硬度的测量原理选择一事实上的载荷P，把直径为D的淬火钢球压入试件表面并保持一定时间，然后卸去载荷，测量钢球在试样表面压出的压痕直径d，计算出压痕面积，算出载荷P与压痕面积的比值，这个比值所表示的硬度就是布氏硬度，用符号HB表示。
布氏硬度的测量原理如图11-2所示。
设压痕的深度为h，则压痕的球冠面积为：(14-2)式中：P——测试用的载荷(kg)；D——压头钢球的直径(mm)；d——压痕直径(mm)；F——压痕面积(mm2)。
硬度测试计的原理
硬度测试计的原理硬度测试计的原理是通过施加一定的力量或压力在材料表面上产生被测物体印痕，然后通过测量印痕的大小来确定材料的硬度。
硬度是一个物质抵抗划伤、穿透或压缩等形式的表面变形能力的指标。
硬度测试计广泛应用于材料科学、机械加工、金属加工、制造工业等领域，用于评估材料的强度、耐久性以及产品的质量。
硬度测试计有多种类型，包括洛氏硬度计、维氏硬度计、巴氏硬度计、布氏硬度计等。
本篇将主要介绍常用的维氏硬度计和洛氏硬度计。
1. 维氏硬度计原理维氏硬度计是最早使用的一种硬度测试方法，它使用一块钢球或钻石锥作为强度量规，在物体表面产生一个压痕。
测试时，以一定的力度将钢球或钻石锥压入试样表面，压痕的直径或长度被用作硬度的指标，较小的压痕表明材料较硬。
维氏硬度计主要用于测量金属材料的硬度。
具体而言，维氏硬度计的原理是利用弹性变形和塑性变形之间的关系来计算硬度。
硬度测试时，大约以0.01mm/s的速度施加在被测材料上的负荷，当压痕稳定出现后，逐渐卸载负荷，测量压痕的长径和短径或者压痕的直径(黏度差)。
使用维氏硬度计进行测试时，将被测材料放在一个硬度测试装置上，然后由操作人员逐渐施加压力，使其与被测物体表面发生接触，形成微小压痕。
通过测量被压痕的直径或长度，可以根据已知公式计算出硬度值。
在维氏硬度计中，最常见的是HV（Vickers硬度）和HK（Knoop硬度）。
维氏硬度计测试有以下优点: 硬度值准确，硬度范围广，适用于多种材料类型，如金属、陶瓷、玻璃等。
2. 洛氏硬度计原理洛氏硬度计是基于通过金刚石做测试头进行测试的一种硬度测量方法。
金刚石是自然界中最硬、最坚固的物质之一，它的硬度为10。
因此，洛氏硬度计主要用于对硬度较高的材料进行测试，如陶瓷、混凝土、玻璃、石材等。
在洛氏硬度计测试中，一定负荷的压力被施加到金刚石测试头上，然后测试头与试样表面直接接触，并施加一定的负荷。
随着负荷的增加，金刚石测试头开始在试样表面上产生一个压痕。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
硬度计的种类很多，这里重点介绍最常用的洛氏、布氏、维氏硬度计的测试原理。
一、洛氏硬度的测量原理
洛氏硬度测量法是最常用的硬度试验方法之一。
它是用压头(金刚石圆锥或淬火钢球)在载荷(包括预载荷和主载荷)作用下，压入材料的塑性变形浓度来表示的。
通常压入材料的深度越大，材料越软；压入的浓度越小，材料越硬。
图14-1表示了洛氏硬度的测量原理。
图中：
0-0：未加载荷，压头未接触试件时的位置。
1-1：压头在预载荷P0(98.1N)作用下压入试件深度为h0时的位置。
h0包括预载所引起的弹形变形和塑性变形。
2-2：加主载荷P1后，压头在总载荷P= P0+ P1的作用下压入试件的位置。
3-3：去除主载荷P1后但仍保留预载荷P0时压头的位置，压头压入试样的深度为h1。
由于P1所产生的弹性变形被消除，所以压头位置提高了h，此时压头受主载荷作用实际压入的浓度为h= h1- h0。
实际代表主载P1造成的塑性变形深度。
h值越大，说明试件越软，h值越小，说明试件越硬。
为了适应人们习惯上数值越大硬度越高的概念，人为规定，用一常数K减去压痕深度h的数值来表示硬度的高低。
并规定0.002mm为一个洛氏硬度单位，用符号HR表示，则洛氏硬度值为：
为了扩大洛氏硬度的测量范围，可用不同的压头和不同的总载荷配成不同标度的洛氏硬度。
洛氏硬度共有15种标度供选择，它们分别为：HRA，HRB，HRC，HRD，HRE，HRF，HRG，HRH，HRK，HRL，HRM，HRP，HRR，HRS，HRV。
其中常用的几种标度列表如下：
表14-1 各种洛氏硬度值的符号及应用
二、布氏硬度的测量原理
选择一事实上的载荷P，把直径为D的淬火钢球压入试件表面并保持一定时间，然后卸去载荷，测量钢球在试样表面压出的压痕直径d，计算出压痕面积，算出载荷P与压痕面积的比值，这个比值所表示的硬度就是布氏硬度，用符号HB表示。
布氏硬度的测量原理如图11-2所示。
设压痕的深度为h，则压痕的球冠面积为：
(14-2)
式中：P——测试用的载荷(kg)；
D——压头钢球的直径(mm)；
d——压痕直径(mm)；
F——压痕面积(mm2)。
布氏硬度的单位为kg/mm2，这是目前各国文献中常用的单位，通常只给出数值而不写单位，如HB200，若要换算成国际单位MPa，需要将硬度值乘以9.81。
布氏硬度的压头钢球直径有Φ2.5mm，Φ5mm，Φ10mm三种，载荷有15.6kg、62.5kg、182.5kg、250kg、750kg、1000kg、3000kg七种。
可根据材料的软硬不同选择配合使用。
为了在不同直径的压头和不同载荷下进行测试时，同一种材料的布氏硬度值相同。
压头的直径与载
荷之间要满足相似原理。
相似原理是指在均质材料中，只要压入角φ(即从压头圆心压痕两端的连线之间的夹角)不变，则不论压痕大小，金属的平均抗力相等。
如图14-3所示。
德国的迈耶尔(Mayer)通过试验得出重要经验关系。
当d/D>0.1时，压痕直径d与载荷的关系为：
(14-3)
这个公式称为迈耶尔定律。
他还得出如下的结论：当使用的压头直径不同时，指数n几乎与D无关，而常数a则随D值的增大而减小，且：
此式说明，在进行布氏硬度测试时，只要使P/D2为一常数，就可以使压入角φ保持不变，从而保持了几何形状相似的压痕。
所以在布氏硬度测量中只要满足P/D2为常数，则同一材料测得的布氏硬度值是相同的。
不同材料测得的布氏硬度值也可以进行比较。
P/D2的数值不是随便规定的，各种材料软硬相差很大。
如果只规定一个P/D2的值，对于较硬的材料，压入角会太小；对于较软的材料，压入角又会很大。
若压入角太小，压痕就小，测量误差就会很大。
当入压角较大但小于90°时，压痕直径随压入深度增加有较大变化，有利于测量。
但当压入角大小90°时，随压入深度的增加，压痕变化较小。
为了提高测量精度，通常使0.252值。
国家标准规定P/D2的比值为30、10、25三种。
在测量中对较软的材料因塑性变形较大，施加载荷应小一些。
布氏硬度仪的试验规范列表
表14-2
三、维氏硬度的测量原理
维氏硬度的测量原理基本上和布氏硬度相同，所不同的是用金刚石正四棱锥压头。
正四棱锥两对面的夹角为136°，底面为正方形，如图14-4所示。
维氏硬度所用的载荷有1kg、3kg、5kg、10kg、20kg、30kg、50kg、100kg、120kg等，负载的选择主要取决于试件的厚度。
在载荷P的作用下压头在试样表面压出一个底面为正方形的正四棱锥压痕。
用显微镜测定方坑对角线长度d，维氏硬度值HV等于所用载荷与压痕面积的比值。
压痕面积F为：
则：
式中：P——载荷；
d——压痕直径；
F——压痕面积。
当载荷P已知时，只要测得压痕对角线长度d，就可以求出维氏硬度值。
通常是在测量d值后从《压印对角线与维氏硬度对照表》中查出相应的硬度值。
φ角选择136°是为了使维氏硬度得到一个成比例的并在较低硬度
时与布氏硬度基本一致的硬度值。
在布氏测试法规定0.25，φ=44°，与此相对应的金刚石正四棱锥的两以面间夹角就是
180°-44°=136°。
所以布氏硬度在HB300，它们间的差别增大，这是由于布氏测试法所用的钢球压头开始变形使压痕直径偏大所造成的。