材料硬度表示方法

 

表2 洛氏硬度標(biāo)尺

硬度是衡量材料力學(xué)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它是指物體抵抗外力進(jìn)入其中的能力，即由于其他物體給與的外力與物體的形變尺寸之間的關(guān)系。
       表1幾種常用的陶瓷硬度測定方法
名稱 維氏硬度（HV） 努普硬度(HK) 洛氏硬度(HRA)
壓頭 金剛石正四棱錐體，夾角136° 金剛石四棱錐體，兩長棱夾角172°，短棱夾角130°，底面為棱形。金剛石圓錐體，圓錐角120°，頂端球面半徑為0.2mm
荷重 10-100g 10-200g 基準(zhǔn)荷重10Kg，總荷重70Kg
荷重時(shí)間 30s 30s 基準(zhǔn)荷重9s，總荷重10s
所測數(shù)據(jù) 壓痕對角線長度，算出壓痕表面積 壓痕對角線長度，算出投影面積 壓痕深度之差h
計(jì)算公式 HV=1.854P/d2HV-維氏硬度（Kg/mm2）P-荷重（Kg）d-對角線長(mm)HK=14.23P/L2HK-努普硬度（Kg/mm2）P-荷重（Kg）d-對角線長(mm)HRA=100-hghg-h除以0.002mm的當(dāng)量
特點(diǎn) ①荷重小，可測定細(xì)小的試樣壓痕小
②測量誤差大
③對試樣無損壞 ①同上
②壓痕長，易測量，誤差小③ 同上 ①荷重較大，只能對相對大的試樣進(jìn)行測定。②誤差小。測量效率高。③對試樣破壞性大。
測量精度 較低 較高 較高
試樣要求 為使壓痕清晰，易于測定，試樣表面須先研磨拋光 同上試樣表面不需研磨拋光。但試樣兩面要相互平行，表面粗糙度要足夠小。

   對于較硬的材料（如95瓷、SiC等），用得較多的是洛氏硬度，并且它的精度高，誤差小。但是它的標(biāo)尺多，共有A、B、C、D、E、F、G、H、K九種。硬度之間的換算較難，也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，下面就探討一下洛氏硬度。
   GB/T230-91是金屬洛氏硬度的試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)，也適用于陶瓷材料。各種標(biāo)尺相應(yīng)的壓頭類型和總試驗(yàn)力，見下表2。
    表2 洛氏硬度標(biāo)尺
壓頭類型 總試驗(yàn)力F(N)
1471 980.7 588.4
金剛石圓錐 C D A
鋼球（mm） d=1.5875 G B F
d=3.175 K E H

陶瓷材料一般以HRA為主（適用范圍20-88），較硬可用HRC為標(biāo)尺（適用范圍20-70）,洛氏硬度是根據(jù)壓痕深度計(jì)算硬度值。
     HR = (K—?h)/0.002 ①
     K—常數(shù) h—除掉初試應(yīng)力（10kgf）的深度
     當(dāng)壓頭為金剛石時(shí)，K=0.20mm
     當(dāng)壓頭為鋼球時(shí)，K=0.26mm
   由公式我們可以看出，當(dāng)h越大，HR越小，對于A標(biāo)尺，由于加力小，故相對C標(biāo)尺其硬度要大些，根據(jù)GB1172-74，黑色金屬洛氏硬度值換算表可知，HRA在80左右范圍內(nèi)，HRC與之相差范圍在16-18，趨勢是HR值越大，差值越小，但無規(guī)律。作者以95瓷為例，儀器為一臺HR-150A型洛氏硬度計(jì)，做了一些試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其HRA與HRC之間換算數(shù)據(jù)并不滿足GB1172-74中的對照關(guān)系。但也沒發(fā)現(xiàn)規(guī)律。但可以肯定不同的95瓷配方、不同的生產(chǎn)工藝得到的洛氏硬度都是不同的。
   陶瓷材料的組成、顯微結(jié)構(gòu)和硬度都有一定關(guān)系。不同組成陶瓷材料其硬度值顯然是不一樣的，同一組成的陶瓷材料，由于生產(chǎn)工藝的不同，其內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)也是不同的。故其硬度也不同。同一組成相，顯微結(jié)構(gòu)是硬度的決定因素，晶粒大小是*靈敏的結(jié)構(gòu)因素。
     H = H0 + K﹒d-0.5 ②
     H0—單晶壓入硬度 d—晶粒直徑 K—材料系數(shù)
     ②式也說明了平均粒徑小的材料，硬度高。
   研究陶瓷新材料時(shí)，我們可以借助硬度測試和顯微結(jié)構(gòu)分析這些簡便的方法，來初步陶瓷的性能，找出其性能與顯微結(jié)構(gòu)的關(guān)系，同時(shí)還可對其生產(chǎn)工藝提出科學(xué)的依據(jù)。