洛氏方法及维氏方法测量金属硬度的对比试验

粟毅

金属的硬度和金属强度、韧性、密度等指标在应用领域具有十分重要的意义。而要能够灵活运用这些性质，首要步骤就是测量这些指标并进行评估。目前用于测量金属硬度比较常用的方法主要有洛氏硬度测量，维氏硬度测量和布氏硬度测量。本文主要围绕洛氏硬度测量和维氏硬度测量之间的共同点和区别展开讨论。

洛氏硬度测量材料的塑性变形深度，据此推算出材料的硬度系数。采用不同的压头和压力进行组合，适合测量不同硬度范围的材料。如HRA型采用金刚石核心压头，施加载荷60Kg，适合用于测量硬度较高的板状材料，HRB型使用硬化钢球作为压头，在压力为100Kg的情况下测量较低硬度的样品，而HRC则测量更高硬度的样品。三种不同的量表适用于不同的测量情况。在实际测量中，应根据被测对象选择合适的标度。

洛氏硬度在测量时需要读取表盘中的数值，而维氏硬度由于使用了计算机，可以直接直观清晰的得出所测样品的硬度。维氏硬度前期在计算机中设定好压力数值，将相对角度136度的金刚石压头压入被测样品，通过测量样品被压菱形区域的对角线长度，与施加载荷进行计算分析，得出样品金属的硬度。这种方法适用于较大工件和较深表面层的硬度测量。

其中维氏硬度的计算公式为

洛氏硬度测量需要区分大量的测量间隔，因为测量值越接近上下限，测量结果就越不准确，所以选择的区间需要让测量值尽可能维持在区间的中间区域。洛氏硬度试验共有六种组合，对应于表面洛氏硬度的六个标度。测量结果不需要计算，可以通过刻度盘直接读取。

在洛氏硬度测量中，一共有两组实验，均选择150Kg载荷，符合HRC标准。所选材料为圆柱金属块，公称硬度HRC=64/47.3。在实验操作中，首先通过仪器右侧的黑色旋钮，转动齿轮选择适合的HRA/HRB/HRC测量范围。然后从包装中取出试验材料，观察材料，选择表面平整干净的区域。把它放在测量平台上。 旋转平台下方的旋钮，使探头接触样品表面，继续旋转，直到中间小圆的指针达到红色，然后停止旋转。旋转大刻度盘的外螺纹，使大指针与HRB对齐。这一步是調零操作。向后推右把手，此时，测量仪表将自动加压，等待2-3秒后复位手柄。读取并记录此时指针的位置。此数据为本次测量实验中试样的洛氏硬度。

在维氏硬度中，进行了一组实验测量。所选用的材料也是一个金属块的扁筒，其名义硬度值为294维氏硬度。首先将样品放置在试验台上，设置D1和D2的数据。通过两个金属旋钮，移动电子透镜的检测范围，选择一个没有更多缺陷的平坦区域作为探头的检测区域。按“确定”按钮三次，按“开始”按钮一次。软件将根据设定值自动加载。电脑会出现菱形区域，软件会自动识别正方形区域，拖动方向区域使其与菱形区域边界尽可能接近。读取电脑屏幕右侧的维氏硬度值并记录。

洛氏硬度试验进行了两次。两个样品的标称值分别为64和47.3。实测数据分别为62.6和48。在误差范围内，测量结果准确。维氏硬度测量，试样名义硬度为294维氏硬度，实测硬度为293.55维氏硬度。误差较小，测量数据有效。

不同硬度系数之间是具有一定的转换关系，洛氏硬度和维氏硬度主要有三种转换关系。

一：基于qvarnstrom转换公式的预测

洛氏硬度在测量时需要划分区间，所以转换公式也需要根据不同区间进行转换，修正后的公式如下：

该公式由我国公布的黑色金属硬度标准数据换算而成，HRC误差基本在10%以内

二：根据不同压头的应力，分析了洛氏硬度与维氏硬度压痕深度的关系

与国家标准实验值比较，计算结果与标准实验值的误差为±0.1HRC。

三：根据实际试验数据，采用线性回归方法对洛氏硬度与维氏硬度的换算进行探讨，得出换算公式：

该公式适用范围小，误差大，但计算简单，在精度不高的情况下可以使用。

几种测量硬度的方法具有其共同性，具体体现在被测样品在均在压力作用下被下压产生凹痕。通过测量凹陷程度或凹陷区域的大小，可以得到该区域不同试样的硬度。通过测量不同材料的硬度，可以了解各种材料的特性，更好地应用于生产实践。相对来说，维氏硬度和布氏硬度两个值相近，这是查表得出的结论。于其测量方法的相似性有一定的关联，两者也可以通过前文所表述的三种换算公式进行转换，而布氏硬度测量由于其原理在根本上与另外两种硬度测量不同，要进行转换比较复杂。不同的测量方法对压头有相似的标准，故在材料表面产生的压痕也具有相似的尺寸和形状。

在进行实验中，需要注意的无论采用哪种测量方法，都会因材料本身的原因而产生一定的误差。因此，在选择测量区域时，要考虑区域的平整度以及是否存在较大的缺陷，这些都会影响测量结果。

参考文献：

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