1、鋼鐵研克總院張久龍摘要：本文從生產實際出發，探討了各項硬度指標的應用。指出了產品的設計者應遵循 的硬度制定原則；分析了質量測試人員應遵循的測試原則和 解決硬度測試難題的方法。 關鍵詞：硬度標準實際應用qgd qoqcqd qppd0qq0oq of? qgdmstad go的磁決的central iron and steel research institute 100081zhang jiulong yang zhigangsummary: this article has discussed the applications of every hardness standards in t

2、he work fact. and point out the principle of the deviser must keep to. analysis the principle and method of the quality testing personnel must keep to in the solving the hardness test problem.key words: hardness standard application1.引言縱觀所有熱處理技術書籍，著重探討硬度指標的應用和解決方案的章節 幾乎沒有。而在各理工大學的教材中，關于硬度的應用，也只是以短短的

3、幾 張篇幅來介紹碩度標準的基本概念，并沒有講解如何應用。怎樣去制定硬度指標；怎樣去實現硬度指標的測量；當今的硬度計的發 展到了怎樣的技術水平。這些問題在熱處理這個課題里一直都沒有被充分的 重視，更沒有熱處理專家去專門進行研究，并將這幾個問題很好地予以解決。在實際工作中，工藝部門負責熱處理工藝的編制，而質量檢驗部門（理 化室）負責熱處理后的產品硬度的檢驗。有的時候，工藝編制人員從充分體 現材料的熱處理結果的角度出發，制定硬度指標。但這種硬度指標的制定往 往沒有充分考慮產品的實際情況，使得質檢人員無法進行檢驗工作，導致了工作矛盾。怎樣解決這一矛盾，這是本文討論的重點。2.熱處理工藝編制中硬度指標的

4、選擇對于產品設計人員和熱處理t藝編制工程師來說，要制定合理的硬度指 標，首先，必須很好地理解各項硬度標準的準確含義，然后才可能根據熱處 理工藝及其它的因素來制定硬度指標。2.1硬度標準的含義及適應范圍什么是硬度，簡單地說，硬度是指物體抵抗外力對其進行變形的能力。 這種抵抗力越強，則硬度值越高，反之，硬度就越低。2.1.1金屬硬度標準主要有以下幾種如：金屬布氏硬度hb采用硬質合金球壓頭，在一定的載荷（試驗力）下,以壓入金屬的壓痕面積來衡量金屬的硬度。金屬洛氏硬度hr采用圓錐金剛石壓頭，在一定的預載荷（試驗力） 和工作載荷（試驗力）下，以壓入金屬的壓痕深度差來衡量金屬的硬度。金屬維氏硬度hv采用菱

5、形金剛石壓頭，在一定的載荷（試驗力）下, 以載荷（試驗力）同壓痕的對角線的平方的比值來衡量金屬的硬度。金屬努氏硬度hk采用橫截面對角線為1： 7的菱形金剛石壓頭，在 一定的載荷（試驗力）下，以載荷（試驗力）同壓痕的長對角線的平方 的比值來衡量金屬的硬度。金屬里氏硬度hl 采用沖擊體，沖擊金屬表面，以距金屬表面1mm 處的速度之比，來衡量金屬的硬度。金屬肖氏硬度hs采用沖擊體，沖擊金屬表面，以沖擊體撞擊金屬前和撞擊后的高度之差，來衡量金屬的硬度。2.1.2各種金屬硬度適應的范圍如果把硬度比做一個由低到高的線段，那么每個硬度指標都有它所對應的范圍。見下圖:! 硬度值 !j.!i1111,h!1維氏

6、硬度一i ii»»:;: 里氏硬度:!:布 氏硬度一 洛 氏硬度: : : :如圖所示，維氏硬度的適應范圍最寬，維氏硬度的定義決定了七能夠覆 蓋了金屬所有的硬度范圍。布氏硬度主要用在測量較軟的金屬硬度上，洛氏 硬度主要用在較硬的金屬的硬度測試上。對于動載荷（試驗力）的里氏硬度, 其主要適應于中等硬度范圍。2.1.3各種硬度標尺的載荷（試驗力）洛氏（含表面洛氏）硬度標尺的載荷（試驗力）為：15150kg布氏硬度標尺的載荷（試驗力）為：15.63000kg （iso標準還有更小的 載荷（試驗力）維氏（含顯微維氏及努氏）硬度標尺的載荷（試驗力）為：0.001100kg 2.2選擇

7、硬度標尺的原則在實際應用中，一般應遵照“寧大勿小”的原則來制定硬度標尺，這個 原則包括以下意義：載荷（試驗力人寧人勿小壓頭：寧大勿小為什么應該這樣選擇硬度標尺那？我們知道，載荷（試驗力）越大，壓入的深度就越大，對樣品的表面粗糙度要求就越低；壓頭尺寸越大，對組織 局部的不均勻性的敏感度就越低,反映材料綜合硬度指標的真實性就越高。 所以，在選擇硬度標尺吋，應該盡可能地采用大載荷（試驗力），同吋，應 該選擇大尺寸的壓頭。當然，在實際工作中，由于材料的硬度、材料厚度及大小等原因，使得 在制定工藝時不可能都采用“寧大勿小”的原則，而是應該在該原則的基 礎上，充分考慮多種因素，選擇適合的硬度標尺。怎樣去解

8、決這些問題，我 們將在以下的內容中加以討論。2.3材料的成分及熱處理工藝對選擇硬度標尺的影響我們知道，不同的硬度標尺，適應不同的硬度范圍。而金屬（這里主耍 是指fe-c合金，以下同）經過熱加工后的硬度是由金屬材料的成分及熱處 理工藝決定的。不同的碳含量，在相同的熱處理工藝下，最終得到的硬度完 全不同；相同的碳含量，在不同的熱處理工藝下，最終得到的硬度也完全不 同。根據金屬材料成分及熱處理工藝對硬度的影響，推薦選擇的硬度標尺， 見下表：熱處理工藝退火正火淬火+回火表面熱處理低碳鋼hb30, hrbhb30, hrchrchrw, hv中碳鋼hrb, hrchrchrchrt, hv高確鋼hrch

9、rchrc, hrahrn, hv高合金中碳鋼hrchrchrchrn, hv高合金高碳鋼hrchrc, hrahra, hrchrn, hv鑄鐵hb30hb30/hv硬質合金hrc, hrahra, hrchra, hvhv2.4材料的組織均勻性對選擇硬度標尺的影響鍛造件的組織均勻性要好于鑄造件，宏觀硬度也人于鑄鐵件，所以在選 擇硬度標尺時，鍛造件基本都采用洛氏硬度，而鑄造件為了克服組織的不均 勻性，通常都采用布氏硬度標尺。當然，如果要測量鑄造件的微觀組織的硬度，應該釆用維氏硬度。這點 將在以下的內容中予以敘述。2.5樣品的尺寸對選擇硬度標尺的影響樣品的尺寸對選擇硬度標尺非常重要。一般來說，

10、樣品越小，硬度標尺 的載荷（試驗力）就應該越小。對于非常薄的樣品以及表面熱處理（包括化學熱處理和感應淬火等）的 樣品，按照硬度標準的規定，樣品的最小可測量厚度應該大于壓痕深度的8 倍。所以，我們在選擇硬度標尺的時候，根據被測部位的厚度來選擇相應的 載荷（試驗力），相應的對應表如下：minimum thickness in millimiters of specimensrockwellload kphrc203040506070150.410.330.260.190.140.09300.690.580.470.360.260.17450.910.770.630.500.370.25801.00

11、0.900.800.700.600.501501.801.601.401.201.000.80minimum thickness in millimiters of specimensvickersload kphv205010020030040060080010000.20.190.120.090.060.050.040.040.030.0310.430.280.190.140.120.100.080.070.0620.620.390.280.190.160.140.120.100.0951.000.620.440.310.250.220.180.150.14101.400.870.620.

12、430.360.310.250.220.19minimum thickness in millimiters of specimensbrinellball diam mmload kphb4060801001502003004005002.5187.5hb/302.401.601.200.800.600.4851252.01.31.00.800.53hb 51010008.05.34.03.202.101.60hb 10103000hb/309.606.304.803.202.401.90當然，根據“寧大勿小"的原則，我們在選擇硬度標尺的時候，應根據 以上表格來盡可能地選取較大的載

13、荷（試驗力）和壓頭。2.6樣品表面加工余量對選擇硬度標尺的影響我們知道，任何硬度計都必須要在樣品表面壓出壓痕。載荷（試驗力） 越大，壓痕越深。對于加工余量少的樣品，一般采用載荷（試驗力）較小的表面洛氏或維 氏硬度標尺。對于加工余量大的毛坯件，一般采用載荷（試驗力）較大的布氏硬度標 尺。2.7樣品表面粗糙度對選擇硬度標尺的影響載荷（試驗力）越小的硬度標尺，對樣品表面粗糙度的要求就越高，載 荷（試驗力）越大，對樣品表面粗糙度的要求就越低。反過來，如果樣品表 面的粗糙度較低，我們一般采用較大載荷（試驗力）的硬度標尺來測試樣品 的硬度。2.8現有硬度計的技術水平對選擇硬度標尺的影響上面所述都是理論上的

14、分析，在實際工作中，僅僅從以上分析來決定設 計的硬度標尺是遠遠不夠的。有些場合，從理論上來分析，應該采用某種硬 度標尺，但是，實際上那是不可行的。原因是硬度計的技術水平無法達到要 求。例如：對于直徑很小的棒材，如果非要測量其布氏硬度值，那就很不合 理。所以，產品設計人員和熱處理工藝編制人員，在制定硬度標尺時，必須 充分考慮樣品的形狀及測試部位的條件。硬度標尺的選擇是一項復雜的綜合知識的判斷結果，在實際應用中決不 能照搬照抄、死記硬套。應該根據產品的特點及要求，靈活地給出一個可執 行的指標，以達到控制產品質量的目的。3. 質量檢查中硬度測試硬度測試是熱處理工藝的最后一個步驟。它要求檢驗人員按照圖

15、紙設計 的要求或者工藝的要求，對經過熱處理后的工件的硬度指標進行測試。檢測人員在進行硬度測試時，應遵循以下幾點要求。3.1 “直接測試”原則“直接測試”是指對于任何一種硬度標尺，應該采用其相應的標準所規 定的載荷（試驗力）和壓頭，通過規定的計算方法（包括查表），得到硬度 值。在實際應用中，為了保證測試結果的真實性，應盡可能地避免采用換算 的方法得到硬度值，不建議采用數據對比的方法來獲得所要求的硬度標尺的 硬度值。3.2 “多次測試”原則對于每個樣品，作為硬度值，應該是一個范圍。每次測量都應有一定的偏差。“多次測試”原則就是要求對同一樣品，在設計允許的情況下，應盡 可能地多測量幾個硬度值，以獲取

16、它們的平均值。3.3樣品表面的粗糙度要求每種硬度標尺，都有一個最低粗糙度要求。常用的硬度標尺對應的表面粗糙度，見下表：hv0.5hv1hv5hv10hrchrbhrahb30hb10hb5ra0.20.40.60.81.61.60.83.21.61.63.4根據樣品的特點選擇硬度計隨著科學技術的不斷進步，現在的硬度計應用了大量的高新技術。新技 術的應用，滿足了對各種不同形狀和條件的樣品進行精確的測試要求，硬度 計已經從簡單的測試工具發展成為了具有許多功能的過程控制硬度計。同傳 統的硬度計相比，過程控制硬度計可以解決過去無法解決的硬度測試問題， 比如：測試速度更快，體積更小巧，實現測試原理的方法史多，操作更簡便, 讀數更精確和方便等等。對于過去無法測試的各種硬度難題，女口：溝槽硬度 測試難題、孔內壁硬度測試難題、彎曲薄片硬度測試難題、平衡支撐問題、 大型鑄件的硬度測試難題、維氏及布氏硬度數顯難題等，現代的硬度計都已 經能夠完全解決。使得過去無法解決的硬度測試都能得以實現