各種硬度計的原理、構造及應用與材料的關系

硬度反映了材料彈塑性變形特性，是一項重要的力學性能指標。與其他力學性能的測試方法相比，硬度試驗具有下列優(yōu)點：試樣制備簡單，可在各種不同尺寸的試樣上進行試驗，試驗后試樣基本不受破壞；設備簡便，操作方便，測量速度快；硬度與強度之間有近似的換算關系，根據(jù)測出的硬度值就可以粗略地估算強度極限值。所以硬度試驗在實際中得到廣泛地應用。
硬度測定是指反一定的形狀和尺寸的較硬物體(壓頭)以一定壓力接觸材料表面，測定材料在變形過程中所表面出來的抗力。有的硬度表示了材料抵抗塑性變形的能力(如不同載荷壓入硬度測試法)，有的硬度表示材料抵抗彈性變形的能力(如肖氏硬度)。通常壓入載荷大于9.81N(1kgf)時測試的硬度叫宏觀硬度，壓力載荷小于9.81N(1kgf)時測試的硬度叫微觀硬度。前者用于較在尺寸的試件，希反映材料宏觀范圍性能；后者用于小而薄的試件，希反映微小區(qū)域的性能，如顯微組織中不同的相的硬度，材料表面的硬度等。
硬度計的種類很多，重點介紹常用的洛氏、布氏、維氏和顯微硬度測試法。
洛氏硬度測試法
洛氏硬度的測量原理
洛氏硬度測量法是最常用的硬度試驗方法之一。它是用壓頭(金剛石圓錐或淬火鋼球)在載荷(包括預載荷和主載荷)作用下，壓入材料的塑性變形濃度來表示的。通常壓入材料的深度越大，材料越軟；壓入的濃度越小，材料越硬。下圖表示了洛氏硬度的測量原理。
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圖中：0-0：未加載荷，壓頭未接觸試件時的位置。
1-1：壓頭在預載荷P0(98.1N)作用下壓入試件深度為h0時的位置。h0包括預載所相起的彈形變形和塑性變形。
2-2：加主載荷P1后，壓頭在總載荷P= P0+ P1的作用下壓入試件的位置。
3-3：去除主載荷P1后但仍保留預載荷P0時壓頭的位置，壓頭壓入試樣的深度為h1。由于P1所產(chǎn)生的彈性變形被消除，所以壓頭位置提高了h，此時壓頭受主載荷作用實際壓入的濃度為h= h1- h0。實際代表主載P1造成的塑性變形深度。
h值越大，說明試件越軟，h值越小，說明試件越硬。為了適應人們習慣上數(shù)值越大硬度越高的概念，人為規(guī)定，用一常數(shù)K減去壓痕深度h的數(shù)值來表示硬度的高低。并規(guī)定0.002mm為一個洛氏硬度單位，用符號HR表示，則洛氏硬度值為：
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此值為無量綱數(shù)。測量時可直接在表盤上讀出。表盤上有紅、黑兩種刻度，紅色的30和黑色的0相重合。
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