常用硬度测试方法介绍之-洛氏硬度

关于硬度

硬度是材料的重要力学性能指标。 一般材料的硬度越高，其耐磨性越好。材料的强度越高，塑形变形抗力越大，硬度值也越高。

硬度大致被分为三大类：压痕硬度（包括维氏硬度、布氏硬度和洛氏硬度）、划痕硬度（包括莫氏硬度和马氏硬度）和回弹硬度（包括邵氏硬度）。根据对象的不同，选择合适的类型。由于洛氏硬度测量方法较为简便，且能够高效、高精度的完成硬度测量，压痕小不损伤工件表面，多用于工业部件的硬度测量。与其他硬度测试相比，能够广泛应用于从塑料等软质材料到超硬合金等高硬度材料的测量，也是其独特的优点。洛氏硬度起源于20世纪初，洛氏硬度测试的名称，是源自这一测试方法的发明人，美国球轴承制造商的工程师洛克威尔(S.P.Rockwell)。关于硬度值表示 洛氏硬度的标注方法如 70HRC 所示。即，按照　　硬度值、HR、标尺的顺序标注。

例如，标注为60.5HRC、45HRB等。标尺是根据进行硬度测试时所使用的压头（按压在试样上的测量头）种类以及试验力而予以规定。

关于压头类型执行洛氏硬度测试时，通常使用 5 种不同压头中的 1 种： 金刚石锥形、钨球（尺寸 1/16”、1/8”、1/4” 或1/2”），如下图所示。 关于标尺选择

洛氏硬度试验根据试验力和压头的不同组合，有多种标尺可以选择，不同的标尺用于测试不同硬度范围或尺寸范围的材料。

洛氏硬度试验采用三种试验力，三种压头，它们共有9种组合，对应于洛氏硬度的9个标尺：A、B、C、D、E、F、G、H和K。 这9个标尺的应用涵盖了几乎所有常用的金属材料。根据材料类型和测试要求之间的关系可选择的洛氏硬度标尺如表1所示。

其中Zui常用标尺是C、B、A和F

标尺	压头	试验力（ N ）
A标尺	顶端曲率半径0.2mm、圆锥角120°的金刚石	588.4
C标尺	同上	1471
B标尺	钢球或硬质合金球　直径1.5875mm	980.7
F标尺	钢球或硬质合金球　直径1.5875mm	588.4

其中 A标尺 适用于测量硬质合金、表面硬化钢及较薄零件。B标尺 适用于测量有色金属（较硬的铜合金）、退火和正火钢、软钢、部分不锈钢及锻铁等。

C标尺适用于测量淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢等。这是金属加工行业应用Zui多的硬度试验方法。

F标尺适用于测试纯铜、较软的铜合金和硬铝合金。

表面洛氏硬度试验采用三种试验力，两种压头，它们有6种组合，对应于表面洛氏硬度的6个标尺，如表2所示。 表面洛氏硬度试验是对洛氏硬度试验的一种补充，在采用洛氏硬度试验时，当遇到材料较薄，试样较小，表面硬化层较浅或测试表面镀覆层时，就应改用表面洛氏硬度试验。这时采用与洛氏硬度试验相同的压头，采用只有洛氏硬度试验几分之一大小的试验力，就可以在上述试样上得到有效的硬度试验结果。表面洛氏硬度的N标尺适用于类似洛氏硬度的HRC、HRA和HRD测试的材料；T标尺适用于类似洛氏硬度的HRB、HRF和HRG测试的材料。关于测试过程洛氏硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度值的指标，以0.002毫米作为一个硬度单位，如下图所示。

洛氏硬度检测法采用120°金刚石圆锥或硬质合金球（规定直径的）作为压头， 对材料表面施加初始试验力，得压痕深度h1；对材料表面施加主试验力，再卸掉主试验力（ 返回初试验力 ），得压痕深度h2；计算深度差h=h2-h1，并由公式算出洛氏硬度值。

洛氏硬度测试计算公式可通过测量金刚石或碳化钨球所形成的压痕深度来进行洛氏硬度测试计算 (HR)。根据压头的不同，洛氏硬度值的不同的计算经验公式如下：

关于试样处理

采用洛氏硬度测试方法时，需要根据不同的标尺和样品情况来对试样表面进行处理。常规洛氏：细磨光表面就可以达到要求表面洛氏：推荐抛光表面（≤3um）关于压痕位置压痕距离边缘至少为压痕直径的2.5倍(并且ISO6508规定距离边缘不小于1mm)，两压痕之间的距离至少为压痕直径的3倍。 关于样品厚度洛氏硬度测试对样品尺寸有要求，样品厚度不能小于残余压痕深度的10倍，且背面不能出现明显的变形痕迹。由此样品的厚度决定了载荷的选择，载荷必须保证其所引起的变形小于样品的Zui小厚度。 对于每一种硬度试验，都存在Zui小可测量厚度 。根据不同压头类型，分别为：•  使用金刚石压头时，样品Zui小厚度为压痕深度的10倍•  对球压头，样品Zui小厚度至少为压痕深度的15倍关于主要误差来源- 压头jianduan破裂(通常导致硬度读数偏高)- 被测试材料或者夹具轨道的变形(通常导致硬度读数偏低)- 过大的振动(通常导致硬度读数偏低)- 表面制备质量差(注意制备也包括测试零件的底部和试台)- 压头和样品表面的压入角度(不能超过2° 偏差)关于测试优势与局限性优势

• 不需要通过光学测量就可以得到硬度值
  

• 快速简单

• 不同操作者对结果影响不大
  

• 表面粗糙度对结果影响较小
  

局限性

• 标尺太多，不同的压头和试验力的组合
  

试验标准

详细测试方法在以下标准中予以规定：JISZ2245“洛氏硬度试验方法”；GB/T 230.1“金属材料 洛氏硬度试验 第1部分： 试验方法”；ISO 6508-1 Metallic materials Rockwell hardnesstest；ASTM E18 Standard Test Methods for Rockwell Hardness and RockwellSuperficial Hardness of Metallic Materials。附录

洛氏硬度各标尺所对应的压头、负荷和适用情况

标 尺	压 头	负 荷	标准块的硬度范围	适 用 举 例
A	金刚石压头-圆锥角为120度顶端球面半径0.2mm	588	(20~88)HRA	硬质合金、渗碳钢
D		980	(40~77)HRD	薄钢、表面淬火钢
C		1471	(20~70)HRC	淬火钢,调质钢,硬铸铁
F	钢球压头-直径为1.5875mm	588	(60~100)HRF	退火铜合金,薄软钢
B		980	(20~100)HRB	软钢,铝合金,可锻铸铁
G		1471	(30~94)HRG	铜、镍、锌合金
H	钢球压头-直径为3.175mm	588	(80~100)HRH	退火铜合金
E		980	(70~100)HRE	铝,镁合金,软钢,铸铁
K		1471	(40~100)HRK	铝,锌,铅,青铜,铍青铜
15N	金刚石压头-圆锥角为120度顶端球面半径0.2mm	147	(70~91)HR15N	氮化钢,各种薄钢板,渗碳钢,刀子和其他零件边缘部分和表面部分
30N		294	(42~80)HR30N
45N		441	(20~70)HR45N
15T	钢球压头-直径为1.5875mm	147	(73~93)HR15T	软钢，黄铜，青铜，铝合金等薄板
30T		294	(43~82)HR30T
45T		441	(12~72)HR45T
M	钢球压头-直径为3.175mm	980	(85~110)HRM	硬塑料、硬橡胶，铝、锡、铜、软钢、合成树脂及磨擦材料等
L		1471	(100~120)HRL
R	直径为3.175mm	588	(114~125)HRR

从表中可以看到使用金刚石压头做试验的，相应的硬度较高，钢球的直径越大相对试件的硬度越低，试验力越大被测试件的硬度越高。