洛氏硬度

《钢材质量检验》单元教学设计一、教案头

二、教学过程设计

三、讲义

1.金属的硬度试验

硬度是表示材料表面一个小区域内抵抗塑性变形或破坏的能力，它反映材料在力的作用下的最大承载能力。一般情况下，金属的硬度值越高，其承载能力越强。

钢铁材料一般用作结构材料或工具材料，承载能力是其最基本的性能要求。表征金属承载能力的参量有两种:强度和硬度。与拉伸试验测强度相比，硬度试验更简便迅速，且该试验方法可以在工件表面直接进行，无需单独取样，不受生产进度或其它因素的影响。因而，该方法已被广泛应用于工程生产和科学研究中。

钢的硬度检验有多种，目前已被标准化且广泛应用的主要有布氏硬度试验、洛氏硬度试验和维氏硬度试验。具体参照国家标准：GB/T231—1998《金属布氏硬度试验》、GB/T230—1998《金属洛氏硬度试验》和GB/T4340—1998《金属维氏硬度试验》中的规定进行。本次课我们主要学习布氏硬度测试方法。

2.洛氏硬度的原理

相对布氏硬度试验来说，洛氏硬度试验法的操作更简便迅速，且压痕小，可直接在工件表面或较薄金属上实行。因而，洛氏硬度法是目前工厂生产检验中应用最广的硬度试验方法。

洛氏硬度试验的原理是一个顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588mm （1/16英寸）的淬火钢球为压头，在规定的载荷作用下压入被测金属表面，然后根据压痕深度来确定试件的硬度值。

上图表示金刚石圆锥压头的洛氏硬度试验原理。试验时，先加初载荷98.07N （10kgf ），使压头紧密接触试件表面，此时压力深度为h 1，然后加主载荷，继续压入金属中，待总载荷（初载荷+主载荷）全部加上并稳定后，将主载荷去除，由于被测试件金属弹性变形的恢复，压头压入深度是h 3，压头在主载荷作用下压入金属中的塑性变形深度就是h （h=h 3-h 1），并以此来衡量被测金属的硬度。显然，h 越大，金属的硬度越低；反之，硬度越高。考虑到数值越大硬度越大的习惯，故采用一个常数K 减轻h 来表示硬度高低，并用每0.002mm 的压痕深度为一个硬度单位，由此获得的硬度值称为洛氏硬度，用HR 表示，即

HR=02

.00h -K

式中，K 为常数，用金刚石圆锥压头，K=0.2mm ；用淬火钢球压头时，K=0.26.由此获得的洛氏

硬度值HR只表示硬度高低而没有单位，试验时，可由硬度计的指示器上直接读出。

根据金属材料软硬程度不一，可选用不同的压头和载荷配合使用，测得的硬度值分别用不同的符号来表示。三种常用的洛氏硬度符号、试验条件和应用列于下表.

3. 洛氏硬度计的基本构造

常用洛氏硬度试验计构造如下图所示，其主要部件包括：机体和工作台、加载机构、千分表指示盘。试验时，将符合要求的试样置于试样台上，顺时针旋转手轮，使试样与压头缓慢接触，直至表盘小指针指到“0”为止，此时已加预载荷98N（10kgf）。然后将表盘大指针调整至零点（HRA、HRC零点为0，HRB零点为30）。按下按钮，平稳地加上主载荷。表盘中大指针反向旋转若干格后停止，持续几秒（视材料软硬程度而定），之后再顺时针旋转摇柄，直到自锁时，即卸去主载荷。此时大指针退回若干格，最后由表盘上可直接读出洛氏硬度值（HRA、HRC读外圈黑刻度，HRB读内圈黑刻度）。

上述洛氏硬度试验法应在试样的平面上进行，若在曲率半径较小的柱面或球面上测定硬度时，应在测定的硬度值上，再加上一定的修正值，曲率半径越小，修正值越大。修正值的大小可由

GB/T230.1-2004中查得。

洛氏硬度的表示方法：硬度数值直接写在HRA、HRB或HRC的后面。例如：某低碳钢的洛氏硬度测试值为48，选择的HRC标尺，表示为HRC48.

4. 洛氏硬度的测试步骤

（1）调整工作台，将好标准硬度块平放在洛氏硬度机的工作台上。

（2）按标准要求选择合适的洛氏硬度标尺符号，系统会自动调整压头和试验力。。

（3）启动试验机开始硬度测试，每次至少测试三个点，取平均值作为洛氏硬度值。

（4）测试完毕后，降下工作台，取下试样。

（5）按标准要求对测试结果进行修约，记录洛氏硬度值。

5. 洛氏硬度的应用

金属的硬度与强度一样，是反映其在静力条件下的最大承载能力的主要依据，它是工程设计和选材的主要依据，在工程上有广泛的应用。一般碳钢的硬度较低，主要用作要求不高的建筑材料；而淬火、中温回火后的合金钢其硬度远远高于普通钢，用于受力集中的螺母螺栓等紧固件，其加工制造也相对困难，需要用淬火钢或硬质合金作刀具。

四、训练任务

1.任务名称：钢的洛氏硬度测试

2.任务要求：①小组长明确分工，组内协助完成任务。

②工作细致认真，能熟练操作洛氏硬度计。

③测试结果分析要思路清晰，任务单填写要求工整整洁。

④小组展示语言要大方得体，小组评价时要客观公正。

3.实训用具：标准硬度块3块、洛氏硬度计、纱布、酒精。

4.操作步骤：

（1）用棉纱布沾取少许酒精擦拭标准硬度块表面，至表面干净整洁。

（2）按标准要求选择合适的布氏硬度计的压头，将压头平整的安装在布氏硬度计的端头。

（3）在试验机的操作界面上设置压头类型、压头尺寸D、试验力F、保压时间t。启动试验机开始硬度测试。

（4）测试完毕后，降下工作台，取下试样。用目测显微镜测试压痕直径d，利用自动测试软件计算其布氏硬度值。

（5）按标准要求对测试结果进行修约，将修约后的结果记录在实训任务单的相应位置。

（6）各组派代表上讲台展示本组的测试结果，并简要分析数据或结果的处理过程。

（7）教师给出标准值和评分标准，学生完成组内自评、小组互评。

（8）教师对本次训练项目和知识点做总结，布置下次课的任务。

参考资料：GB/T231—1998《金属布氏硬度试验》

5.实训任务单

本次实训将学生分为三组，测试20#、45#、60#钢标准块的硬度，并简要分析钢的硬度与碳含量之间的关系。

。