洛氏硬度计的工作原理、分类及压头和试验力的选择

一、洛氏硬度计工作原理

在规定条件下，将压头（金刚石圆锥、钢球或硬质合金球）分2个步骤压入试样表面。卸除主试验力后，在初试验力下测量压痕残余深度h。以压痕残余深度ｈ代表硬度的高低。
洛氏硬度试验原理如图所示：


1—在初始试验力F0下的压入深度；2—在总试验力F0+F1下的压入深度；3—去除主试验力F1后的弹性回复深度；4—残余压入深度h；5—试样表面；6—测量基准面；7—压头位置洛氏硬度值按下式计算：

N－常数，对于A、C、D、N、T标尺，N=100；其他标尺，N=130；
h－残余压痕深度，mm；
S－常数，对于洛氏硬度，S=0.002mm，对于表面洛氏硬度，S=0.001mm。每一洛氏硬度单位对应的压痕深度，洛氏硬度为0.002mm，表面洛氏硬度为0.001mm。压痕越浅，硬度越高。

 

二、洛氏硬度计按照功能和测试范围一般分为

标准洛氏硬度计、表面洛氏硬度计、双洛氏硬度计、塑料洛氏硬度计和全洛氏硬度计。日常测试中最广泛应用的为标准洛氏硬度计和表面洛氏硬度计。

 

三、标准洛氏及表面洛氏硬度标尺、实验力、压头、硬度范围及材料对照表

洛氏硬度标尺	硬度 符号	压头类型	初试验力 F0（N）	主试验力 F1（N）	总试验力 F0+ F1（N）	适用范围	测定材料
A	HRA	120°金刚石圆锥	98.07	490.3	588.4	20～88HRA	硬质合金 很薄很硬的钢材 表面硬化层较薄的硬化钢
B	HRB	1.5875mm钢球	98.07	882.6	980.7	20～100HRB	低碳钢 软金属 铜合金 铝合金 可锻铁
C	HRC	120°金刚石圆锥	98.07	1373	1471	20～70HRC	一般钢材 硬度较高的铸件 珠光体 可锻铁 淬火+回火的合金钢
D	HRD	120°金刚石圆锥	98.07	882.6	980.7	40～77HRD	薄钢材 表面硬化钢材 珠光体 可锻铁
E	HRE	3.175mm钢球	98.07	882.6	980.7	70～100HRE	铸铁 较小铝合金 镁合金 轴承合金
F	HRF	1.5875mm钢球	98.07	490.3	588.4	60～100HRF	硬度较低的有色金属（退火铜合金） 软质薄合金板
G	HRG	1.5875mm钢球	98.07	1373	1471	30～94HRG	可锻铁 铜-镍-锌 铜-镍合金
H	HRH	3.175mm钢球	98.07	490.3	588.4	80～100HRH	硬度很低的有色金属、轻金属像（铝、锌、铅）
K	HRK	3.175mm钢球	98.07	1373	1471	40～100HRK	轴承合金及较软的金属或薄材

 

表面洛氏 硬度标尺	硬度 符号	压头类型	初试验力F0（N）	主试验力F1（N）	总试验力 F0+ F1（N）	适用范围
15N	HR15N	120° 金刚石圆锥	29.42	117.7	147.1	70～94HR15N
30N	HR30N			264.8	294.2	42～86HR30N
45N	HR45N			411.9	441.3	20～77HR45N
15T	HR15T	1.5875mm 钢球	29.42	117.7	147.1	67～93HR15T
30T	HR30T			264.8	294.2	29～82HR30T
45T	HR45T			411.9	441.3	10～72HR45T

 

四、洛氏硬度与试样最小厚度关系图：

试件的最小厚度应大于压痕深度的10倍。测试后，试件背面不得有可见的变形痕迹。                                                                                                             

 

五、洛氏硬度实验中测试的两点最小间距

在洛氏硬度实验中，适当的保持压痕之间的距离或压痕距式样边缘的距离，对于获得正确的实验结果是十分重要的。
在ISO 6508-1中，对洛氏硬度实验和表面洛氏硬度实验压痕间距的规定是相同的：
两相邻压痕中心之间距离至少应为压痕直径的4倍，但不应小于2mm；
任意压痕中心距式样边缘距离应为压痕直径的2.5倍，但不小于1mm。

 

六、洛氏硬度实验对试样表面的要求
对洛氏硬度试样表面的规定有两点，一点是尽可能保证试验面是平面，这主要是针对加工的试样而言，由于洛氏硬度计硬度测量原理是通过测量压痕深度而计算硬度值的，所以理想的表面是平面。然而对于许多工件和半成品来说可能是曲面，曲面上测得的洛氏硬度值误差要比平面上大，这一方面是曲面修正值本身是近似的。另一方面，压头轴线应在曲面最高的点试验，对中的偏差也往往是造成曲面硬度值误差较大的原因。另一点要求是表面粗糙度，过于粗糙的试样表面会使测定的洛氏硬度值偏低和数据分散度加大，因此标准中规定为表面粗糙度（Ra）不大于0.8um，尤其对于进行机加工的试样。在对一些工件的洛氏硬度测量中由于表面不能加工使表面粗糙度（Ra）达不到0.8um，此时应注意试验结果的准确性。
式样表面粗糙度的增加表明微观上表面的凹凸不平幅度变大，在相同试验力的作用下压头压入深度更大些，因此在较粗糙的式样上反映出的洛氏硬度值偏低。

 

七、洛氏硬度实验结果的表示

60HRC : 60 - 硬度值为60； HR - 洛氏硬度；C - 洛氏C标尺
洛氏硬度用硬度数，符号HR，使用的标尺及球压头符号（钢球为S，硬质合金球为W）表示。
示例：60HRBW表示用硬质合金球压头在B标尺上测得的洛氏硬度值为60。