洛氏方法及維氏方法測量金屬硬度的對比試驗

粟毅

金屬的硬度和金屬強度、韌性、密度等指標在應用領域具有十分重要的意義。而要能夠靈活運用這些性質，首要步驟就是測量這些指標并進行評估。目前用于測量金屬硬度比較常用的方法主要有洛氏硬度測量，維氏硬度測量和布氏硬度測量。本文主要圍繞洛氏硬度測量和維氏硬度測量之間的共同點和區別展開討論。

洛氏硬度測量材料的塑性變形深度，據此推算出材料的硬度系數。采用不同的壓頭和壓力進行組合，適合測量不同硬度范圍的材料。如HRA型采用金剛石核心壓頭，施加載荷60Kg，適合用于測量硬度較高的板狀材料，HRB型使用硬化鋼球作為壓頭，在壓力為100Kg的情況下測量較低硬度的樣品，而HRC則測量更高硬度的樣品。三種不同的量表適用于不同的測量情況。在實際測量中，應根據被測對象選擇合適的標度。

洛氏硬度在測量時需要讀取表盤中的數值，而維氏硬度由于使用了計算機，可以直接直觀清晰的得出所測樣品的硬度。維氏硬度前期在計算機中設定好壓力數值，將相對角度136度的金剛石壓頭壓入被測樣品，通過測量樣品被壓菱形區域的對角線長度，與施加載荷進行計算分析，得出樣品金屬的硬度。這種方法適用于較大工件和較深表面層的硬度測量。

其中維氏硬度的計算公式為

洛氏硬度測量需要區分大量的測量間隔，因為測量值越接近上下限，測量結果就越不準確，所以選擇的區間需要讓測量值盡可能維持在區間的中間區域。洛氏硬度試驗共有六種組合，對應于表面洛氏硬度的六個標度。測量結果不需要計算，可以通過刻度盤直接讀取。

在洛氏硬度測量中，一共有兩組實驗，均選擇150Kg載荷，符合HRC標準。所選材料為圓柱金屬塊，公稱硬度HRC=64/47.3。在實驗操作中，首先通過儀器右側的黑色旋鈕，轉動齒輪選擇適合的HRA/HRB/HRC測量范圍。然后從包裝中取出試驗材料，觀察材料，選擇表面平整干凈的區域。把它放在測量平臺上。 旋轉平臺下方的旋鈕，使探頭接觸樣品表面，繼續旋轉，直到中間小圓的指針達到紅色，然后停止旋轉。旋轉大刻度盤的外螺紋，使大指針與HRB對齊。這一步是調零操作。向后推右把手，此時，測量儀表將自動加壓，等待2-3秒后復位手柄。讀取并記錄此時指針的位置。此數據為本次測量實驗中試樣的洛氏硬度。

在維氏硬度中，進行了一組實驗測量。所選用的材料也是一個金屬塊的扁筒，其名義硬度值為294維氏硬度。首先將樣品放置在試驗臺上，設置D1和D2的數據。通過兩個金屬旋鈕，移動電子透鏡的檢測范圍，選擇一個沒有更多缺陷的平坦區域作為探頭的檢測區域。按“確定”按鈕三次，按“開始”按鈕一次。軟件將根據設定值自動加載。電腦會出現菱形區域，軟件會自動識別正方形區域，拖動方向區域使其與菱形區域邊界盡可能接近。讀取電腦屏幕右側的維氏硬度值并記錄。

洛氏硬度試驗進行了兩次。兩個樣品的標稱值分別為64和47.3。實測數據分別為62.6和48。在誤差范圍內，測量結果準確。維氏硬度測量，試樣名義硬度為294維氏硬度，實測硬度為293.55維氏硬度。誤差較小，測量數據有效。

不同硬度系數之間是具有一定的轉換關系，洛氏硬度和維氏硬度主要有三種轉換關系。

一：基于qvarnstrom轉換公式的預測

洛氏硬度在測量時需要劃分區間，所以轉換公式也需要根據不同區間進行轉換，修正后的公式如下：

該公式由我國公布的黑色金屬硬度標準數據換算而成，HRC誤差基本在10%以內

二：根據不同壓頭的應力，分析了洛氏硬度與維氏硬度壓痕深度的關系

與國家標準實驗值比較，計算結果與標準實驗值的誤差為±0.1HRC。

三：根據實際試驗數據，采用線性回歸方法對洛氏硬度與維氏硬度的換算進行探討，得出換算公式：

該公式適用范圍小，誤差大，但計算簡單，在精度不高的情況下可以使用。

幾種測量硬度的方法具有其共同性，具體體現在被測樣品在均在壓力作用下被下壓產生凹痕。通過測量凹陷程度或凹陷區域的大小，可以得到該區域不同試樣的硬度。通過測量不同材料的硬度，可以了解各種材料的特性，更好地應用于生產實踐。相對來說，維氏硬度和布氏硬度兩個值相近，這是查表得出的結論。于其測量方法的相似性有一定的關聯，兩者也可以通過前文所表述的三種換算公式進行轉換，而布氏硬度測量由于其原理在根本上與另外兩種硬度測量不同，要進行轉換比較復雜。不同的測量方法對壓頭有相似的標準，故在材料表面產生的壓痕也具有相似的尺寸和形狀。

在進行實驗中，需要注意的無論采用哪種測量方法，都會因材料本身的原因而產生一定的誤差。因此，在選擇測量區域時，要考慮區域的平整度以及是否存在較大的缺陷，這些都會影響測量結果。

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