洛氏硬度计标尺的选型

目前，洛氏硬度计被大家广泛认可并使用，但大家洛氏硬度计标尺的选型，却十分模糊。其实，洛氏硬度试验采用三种试验力，三种压头，它们共有9种组合，对应于洛氏硬度的9个标尺。这9个标尺的应用涵盖了几乎所有常用的金属材料，让大家在对洛氏硬度计标尺的选型时模模糊糊。

最常用洛氏硬度计标尺是HRC、HRB和HRF，其中HRC标尺用于测试淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢。这是金属加工行业应用最多的硬度试验方法。HRB标尺用于测试各种退火钢、正火钢、软钢、部分不锈钢及较硬的铜合金。HRF标尺用于测试纯铜、较软的铜合金和硬铝合金。HRA标尺尽管也可用于大多数黑色金属，但是实际应用上一般只限于测试硬质合金和簿硬钢带材料。

表面洛氏硬度试验采用三种试验力，两种压头，它们有6种组合，对应于表面洛氏硬度的6个标尺。表面洛氏硬度试验是对洛氏硬度试验的一种补充，在采用洛氏硬度试验时，当遇到材料较薄，试样较小，表面硬化层较浅或测试表面镀覆层时，就应改用表面洛氏硬度试验。这时采用与洛氏硬度试验相同的压头，采用只有洛氏硬度试验几分之一大小的试验力，就可以在上述试样上得到有效的硬度试验结果。表面洛氏硬度的N标尺适用于类似洛氏硬度的HRC、HRA和HRD测试的材料；T标尺适用于类似洛氏硬度的HRB、HRF和HRG测试的材料。

洛氏硬度计和表面洛氏硬度计的标尺选型通常按材料种类、材料厚度和标尺的刻度范围三方面的因素来选型，具体选型方法叙述如下：

洛氏硬度计标尺的选型一、按材料厚度选型
洛氏硬度试验要求试样厚度的最小值：对于采用金刚石压头的各种标尺，是残余压痕深度的10倍；对于采用球压头的各种标尺，是残余压痕深度的15倍。标准要求，试验后试样背面不可产生可见的变形痕迹。任何洛氏硬度试验的压痕深度均可采用简单的公式计算出来。但是实际上用不着这种计算，因为有一些标准图表可以方便地帮助人们确定这些“最小厚度值”。在某些范围内，这些“最小厚度值”是按10：1或15：1的比例计算出来的，但是大多数是根据低碳钢和淬火回火带钢的不同厚度在实验中所积累的数据绘制的。

1.1 测砧效应
如前面所述，洛氏硬度试验标准中有一个关于试样“最小厚度值”的要求，对于不同硬度的试样，这一允许的“最小厚度值”也不同。当试样厚度小于这一允许的“最小厚度值”时，硬度测试时试样在压头的作用下，变形硬化区域就可能会穿透试样，到达试样下面的测砧，这时试样背面就会产生可见的变形痕迹。这时试验力会穿过试样，在测砧上消耗掉一部分，这时测得的硬度值是不真实的。这种因试样厚度不足，而使试验力消耗到测砧上一部分，造成硬度值测量不准确的现象叫做硬度试验的“测砧效应”。

1.2 测砧效应的对策
为了避免“测砧效应”的发生，应严格按照2.1~2.3条的方法，选型合适的硬度标尺。当发现硬度测试后试样背面产生了可见的变形痕迹时，应改变标尺，选用轻一级的试验力进行测试。如果发现试样上产生了“测砧效应”，就应仔细观察测砧的支承面。多次产生“测砧效应”之后，测砧的支承面上就可能会产生毛刺或很小的压痕，它们都会影响洛氏硬度测试的准确性，这时应更换计新的测砧。为了避免“测砧效应”的产生，有一种做法是将相同材料的几片试样迭加在一起进行测试。这种方法是不可取的，因为几层试样的接触面之同可能会发生滑动，这时测试值也是不准确的。当试样的厚度低到既使采用最轻试验力的标尺仍然会产生“测砧效应”时，还有一种方法可以采用，这就是国家标准GB/T230.1-2004附录A中给出的“薄片产品的HR30Tm试验”。这种试验方法适用于可以采用钢球压头的冷轧钢板，马口铁，薄铜板等材料。

1.3 用于薄片产品硬度测试的HR30Tm试验
用于薄片产品的HR30Tm试验，其试验条件与HR30T相似，经供需双方协商，允许试样背面出现变形痕迹。多年的应用证明这项试验用于比较目的是非常令人满意的。它可用于硬度值在80HR30T以下，厚度小于0.6mm直至产品标准中给出的最小厚度的产品。这项试验需要使用一个金刚石点砧座（支承面很小的，端面嵌有金刚石的测砧）。金刚石的表面应该是一个经过高度抛光的平面，这种金刚石点砧座可以为试样下表面提供一个标准的磨擦条件，这样就可以提高测试的重复性。国内外的镀锡板（马口铁）标准中对于材料硬度的要求，规定要采用HR30Tm试验。美国标准规定，在镀锡板硬度测试时要在金刚石点砧座上测试。对于厚度0.55~0.77mm的材料要用HR45T标尺，对于厚度0.21~0.55mm的材料，要用HR30T标尺，对于厚度小于0.21mm的材料，要用HR15T标尺。所有测试值都要用HR30Tm来表示。HR15T和HR45T标尺下的测试值要换算成HR30T标尺的硬度值。

洛氏硬度计标尺的选型二、按标尺刻度范围选型
每种洛氏硬度标尺都有一个可用范围，这一点很容易从硬度计刻度盘上的分度来确定。采用金刚石压头的黑色刻度（HRA、HRC、HRD）分为0~100个分度，采用钢球压头的红色刻度（HRB、HRE、HRF、HRG、HRH、HRK）分为0~130个分度，在表面洛氏硬度计上的分度是0~100。事实上由于种种原因，各种标尺的实际使用范围往往要低于硬度计上的分度范围。

HRC标尺的使用范围是20~70HRC，当硬度值小于20HRC时，因为压头的圆锥部分压入太多，灵敏度下降，这时应改用HRB标尺。尽管HRC标尺被规定的上限使用值为70HRC，但是当试样硬度大于67HRC时，压头尖端产生的压力过大，金刚石容易损坏，压头的寿命会大大缩短，因此一般应改用HRA标尺。

HRA标尺的使用范围是20~88HRA，事实上该标尺的低端也很少采用，因为60HRA已经相当于19HRC，所以HRA标尺一般只用于测试硬质合金。HRB标尺的使用范围是20~100HRB，当硬度值低于20HRB时，由于钢球的压入深度过大，金属蠕变加剧，试样在试验力作用下的变形时间延长，测试值准确度降低，此时应改用HRF标尺。当硬度值大于100HRB时，因为钢球压入深度过浅，灵敏度降低，精度下降，此时应改用HRC标尺。尽管标准中规定HRB标尺的使用范围是20~100HRB，但是在我国，由于HRB标尺的中、低值标准硬度块的短缺，使得HRB标尺的实际应用范围只局限于70HRB~100HRB之间，这样就大大地影响了HRB这一洛氏硬度重要标尺在我国的应用，使得在软钢和铜合金硬度测试方面缺少了一个非常重要的检测手段。相应的我国产品标准中材料硬度的测试方面，洛氏硬度试验方法的采用也明显落后于国外标准。

HRF标尺的使用范围是60~100HRF。HRF标尺是国外使用很多的一个标尺，它是测试纯铜和较软的铜合金材料很好的检测手段。但是在我国，也存在标准硬度块短缺的问题，它的应用也受到了很大的限制。

HRG标尺适用于HRB值接近100的材料，当试样硬度值接近HRB100时，如果改用HRG标尺，就可以大大提高测试的灵敏度，从而提高测试精度

洛氏硬度计标尺的选型三、按材料种类选型
美国标准ASTM E18给出了根据不同种类的材料，洛氏硬度计标尺的选型参考表。事实上，所有黑色金属材料均可利用洛氏硬度计测试其硬度，但有种材料除外，第一种是应在显微维氏硬度计上测试的极薄材料，另一种是应采用布氏硬度计的粗晶粒或组织不均匀的材料。

3.1 淬火钢和回火钢
淬火钢和回火钢的硬度试验主要采用HRC标尺。如果材料较薄，不宜采用HRC标尺时，可以改用HRA标尺。如果材料更薄，可以采用表面洛氏硬度计HR15N、HR30N或HR45N标尺。

3.2 表面硬化钢
在工业生产中，有时要求工件芯部具有良好的韧性，又要求其表面具有高的硬度和耐磨性，这时就要采用高频淬火、化学渗碳、渗氮、碳氮共渗等工艺对工件进行表面硬化处理，表面硬化层的厚度一般在0.几~几.mm。对于表面硬化层较厚的材料，可以采用HRC标尺测试其硬度，对于中等厚度的表面硬化钢，可采用HRD或HRA标尺，对于薄的表面硬化层应采用表面洛氏硬度HR15N、HR30N、HR45N标尺。

3.3 退火钢、正火钢、软钢
许多钢铁材料都是以退火状态出厂的，一些冷轧钢板还要以不同的退火程度来分级。各种退火钢的硬度测试通常采用HRB标尺，较软较薄的板材有时也用HRF，薄板材应采用HR15T、HR30T、HR45T标尺。

3.4 不锈钢
不锈钢材料通常是以退火、淬火、回火、固溶等状态供货的，国家标准中规定了相应的硬度上、下限值，硬度测试通常采用HRC或HRB标尺。奥氏体、铁素体不锈钢采用HRB标尺，马氏体、沉淀硬化不锈钢采用HRC标尺，不锈钢薄壁管、厚度为1~2mm以下的薄板材料应采用N标尺或T标尺。

3.5 锻钢
锻钢通常是采用布氏硬度试验，由于锻钢材料组织不够均匀，而布氏硬度试验的压痕较大。因此，布氏硬度试验能够反映材料各部分组织性能的综合结果。

3.6 铸铁
铸铁材料常常具有组织不均匀，晶粒粗大的特点，因此一般采用布氏硬度试验。洛氏硬度计可用于部分铸铁工件的硬度试验。凡是在细晶粒铸件的小断面上没有足够面积作布氏硬度试验的地方，常常可用HRB或HRC标尺测试硬度，但最好采用HRE或HRK标尺，因为HRE和HRK标尺采用3.175mm直径的钢球，它比1.588mm直径钢球能得到更好的平均读数。硬的可锻铸铁材料，通常采用HRC，如果材料不均匀，可测多个数据，取其平均值。

3.7 烧结碳化物（硬质合金）
硬质合金材料的硬度测试通常只采用HRA标尺。

3.8 粉末冶金材料
粉末冶金工件的硬度测试可采用HRB、HRF、HRH或HR15T、HR30T标尺，凡是可能的地方，应尽量采用HRB标尺，因为已被证明它具有最佳的分辨能力。由于材料的多孔性，测得的硬度值被称为“表观硬度”。

3.9 铜及铜合金
黄铜的硬度测试一般采用HRB或HRF标尺。在测试黄铜板的质量方面，洛氏硬度试验起着非常重要的作用。美国标准ASTM B36述及“洛氏硬度试验是检验各种回火黄铜是否符合拉伸强度或晶粒大小要求最快而方便的方法”。通常回火黄铜采用HRB标尺，退火黄铜或紫铜采用HRF标尺，薄板材或薄壁管材采用HR15T、HR30T、HR45T标尺。各国铜材料标准中都给出了不同的合金材料、不同的退火或回火条件下的HRB、HRF或HR15T、HR30T、HR45T标尺的上下限硬度值。

3.10 铝及铝合金
硬质铝合金采用HRB，中等硬度的铝合金采用HRE、HRF，软的铝合金或纯铝采用HRH。较薄的铝板或薄壁铝管采用HR15T、HR30T、HR45T。

3.11 锌
锌板的硬度测试通常采用HRE和HRH，3.2mm以上的厚板用HRE，1.2mm~3.2mm的中板用HRH，薄板采用HR15T、HR30T、HR45T。

3.12 钛
钛合金的硬度很高，通常采用HRA，因为金刚石和钛金属间存在亲合性，它会缩短金刚石的寿命。因此测试后要求用细砂纸将附着在压头上的钛金属除掉，保持金刚石压头的清洁就可以延长压头的使用寿命。

以上三种洛氏硬度计标尺的选型方法，希望给大家再对洛氏硬度计标尺的选型烦恼时，为您解忧。同时，阅读本文的用户还对以下文章感兴趣：
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