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几种硬度测试方法-广东夏阳精细陶瓷科技有限公司
来源:谢志鹏教授 | 作者:XYC | 发布时间: 2021-05-14 | 1828 次浏览 | 分享到:
莫氏硬度、维氏硬度、洛氏硬度、努普硬度的4种硬度测试方法的介绍

(1)莫氏硬度
陶瓷及陶瓷及矿物材料常用的划痕硬度叫做莫氏硬度,它是用一系列矿物互相对比面成个序列。早期根据天然矿物将其分为10级,最硬的是金刚石、它的莫氏硬度为10级,可以在刚玉上
刻痕迹,刚玉9、黄玉8、石英....最低的是滑石。后来由于人工成的硬发大的各种材料出现,如碳化硅、碳化硼,立方氯化硼等,于是又将莫氏硬度细分为15级,如表1-4所示。

(2)维氏硬度

维氏硬度的符号为Hv,维氏硬度测量的压头采用一相对两面夹角为136°的金刚石正四棱锥形压头,在-定载荷 P的作用下 压人试样表面,在规定保压时间后卸除载荷。此时在试样测试面上压出一个正方形的压痕,
然后在读数显微镜下测量其正方形压痕两对角线d;和d:的长度,算出平均值d= (d; +d2)/2,并算出压痕凹面的面积F,即可计算出维氏硬度值P/F,其单位为MPa,见图1-6(a),计算公式为:HV=P/F=1.8544*pd2
式中P为载荷(N); F为压痕凹面积(mm2); d为压痕两对角线长度的平均值(mm)。
图1-7表示氧化铝试样维氏硬度计压痕的形貌。在实际测定中有三点须特别注意:
①测试中负荷P大小的确定应依据试样的大小、厚薄及材料性质。对于陶瓷材料从9.807~294.21N中选择。日本采用维氏硬度试验方法测定精细陶瓷材料的硬度,压痕负荷为10N和100N。
②被测陶瓷试样的上下表面必须平行,测试表面不得有油污或脏点,需抛光成镜面,且试样的厚度至少大于压痕对角线的2倍。


③为了避免材料局部不均匀性引起大的误差,同一试样上至少测定不同位置的3~5个点,求出其平均值作为该试样的硬度。试验在常温下进行的保压时间为10~20 s。
图1-7氧化铝试样维 氏硬度计压痕的形貌
(3)洛氏硬度
洛氏硬度测试一般采用 120°的圆锥形金刚石压头,见图1-6(b),它是以测量压痕深度值的大小来表示材料的硬度值。洛氏硬度的测试是100 pum在先后两次施加负荷(初负荷P。及总负荷P)的
作用下,将标准型压头(金刚石圆锥)压人试样或零件表面来进行;总负荷P为初负荷P0及主负荷P1之和,即P=P0+P1。在加总负荷P并卸除主负荷P1后,在初负荷P0继续作用下,由主负荷P1所引起的残
余压人深度值e来计算洛氏硬度,数值e以规定单位0.002mm表示。因此,当压头轴向位移一个单位时,即相当于洛氏硬度变化一个数, 试验时e值越大,材料的硬度越低。反之,则硬度越高。
洛氏硬度值以符号Hk表示,并注以所用标尺A、B、C、D、F或G;其中HRA、HRC、HRD表示圆锥形金刚石压头,用于陶瓷和高硬度铸铁或淬火钢的测量;而HRB、HRD等表示钢球
压头,用于合金及其他金属材料的洛氏硬度测量。
e值可采用下式计算:e=h1-h/ 0.002
式中h0为在初负荷P0作用下,压头压入试样表面的深度(弹性变形+残余变形);h1为在已施加总负荷P并卸除主负荷P1,但仍保留初负荷P0时压头压人试样表面的深度。
当用标尺A、C、D试验时,有HR=100一e
结构陶瓷的洛氏硬度值通常在70~90;对于HRc>70的试样,应用圆锥形压头在100或60 kg负荷下测量HRD或HRA值,否则负荷过大而损坏压头。

与维氏法相比,洛氏法得到的硬度值往往较高(因为e很小),数据分散性更小,而且不存在读数错误,但是一般需要至少测量5次再取平均值。
(4)努普硬度
这种方法最初是为了避免维氏硬度测试中产生裂纹、用来测量玻璃的显微硬度。该法也被广泛地用于研究硬质陶瓷,因为它用到的压头很长,是一般维氏法中同样载荷下压痕的
2.5倍,所以压痕尺寸更易于测量,见图1-6(c)。努普金刚石压头主轴方向的压痕约是副轴方向的7倍,硬度值的计算与维氏硬度类似,但用的是压痕的投影面积而不是实际表面积,
可以写成如下公式:Hk= 14. 229P /d2式中d是长对角线的长度,它也是不带单位的,但是计算时载荷单位是kg,压痕长度单位是mm,后面也要带上测试参数,例如:1200 HK 0.1
表示在100 g载荷下进行的测试。可能有人会问陶瓷硬度测试的最好方法是哪个?这个问题的答案很有可能首先取决于做硬度测试的目的。如果是为了测量高载荷下材料抵抗压人的性能,
那就最好测试维氏硬度,表面洛氏硬度很可能是操作上最简单的。数据的重复性也很好,而且不存在个人操作带来的读数差异(面这种读数差异在维氏法中是很是著的),但是高载荷可能会使试样粉碎,尤
其是对于相品粒的试样这种试样在低负教维氏法中最好选择1kg载荷).
表1-5列出供型陶瓷材料的维氏硬度努普硬度及洛氏硬度。


注:广东夏阳精细科技有限公司
专注于先进精细陶瓷材料的研发、制造、精密加工、应用方案。是精细陶瓷领域的制造商、供应商和方案提供商。
具有高硬度、高韧性、耐腐蚀绿色环保等优异性能;精度可达±0.002,圆柱度可达±0.003;广泛应用于石油化工、航空航天、罐装行业、医疗设备等领域。
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