洛氏硬度計(jì)標(biāo)尺的選擇

     洛氏硬度計(jì)和表面洛氏硬度計(jì)的標(biāo)尺通常按材料種類、材料厚度和標(biāo)尺的刻度范圍三方面的因素來(lái)選擇，具體選擇方法敘述如下：
1、按材料種類選擇
     美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTME18給出了根據(jù)不同種類的材料，選擇洛氏硬度標(biāo)尺的參考表。如表一所示：

     事實(shí)上，所有黑色金屬材料均可利用洛氏硬度計(jì)測(cè)試其硬度，但有種材料除外，種是應(yīng)在顯微維氏硬度計(jì)上測(cè)試的極薄材料，另一種是應(yīng)采用布氏硬度計(jì)的粗晶?；蚪M織不均勻的材料。
      1. 1  淬火鋼和回火鋼
     淬火鋼和回火鋼的硬度試驗(yàn)主要采用HRC標(biāo)尺。如果材料較薄，不宜采用HRC標(biāo)尺時(shí)，可以改用HRA標(biāo)尺。如果材料更薄，可以采用表面洛氏硬度計(jì)HR15N、HR30N或HR45N標(biāo)尺。
      1. 2  表面硬化鋼
     在工業(yè)生產(chǎn)中，有時(shí)要求工件芯部具有良好的韌性，又要求其表面具有高的硬度和耐磨性，這時(shí)就要采用高頻淬火、化學(xué)滲碳、滲氮、碳氮共滲等工藝對(duì)工件進(jìn)行表面硬化處理，表面硬化層的厚度一般在0.幾~幾.mm。對(duì)于表面硬化層較厚的材料，可以采用HRC標(biāo)尺測(cè)試其硬度，對(duì)于中等厚度的表面硬化鋼，可采用HRD或HRA標(biāo)尺，對(duì)于薄的表面硬化層應(yīng)采用表面洛氏硬度HR15N、HR30N、HR45N標(biāo)尺。
      1. 3  退火鋼、正火鋼、軟鋼
許多鋼鐵材料都是以退火狀態(tài)出廠的，一些冷軋鋼板還要以不同的退火程度來(lái)分級(jí)。各種退火鋼的硬度測(cè)試通常采用HRB標(biāo)尺，較軟較薄的板材有時(shí)也用HRF，薄板材應(yīng)采用HR15T、HR30T、HR45T標(biāo)尺。
      1. 4  不銹鋼
     不銹鋼材料通常是以退火、淬火、回火、固溶等狀態(tài)供貨的，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了相應(yīng)的硬度上、下限值，硬度測(cè)試通常采用HRC或HRB標(biāo)尺。奧氏體、鐵素體不銹鋼采用HRB標(biāo)尺，馬氏體、沉淀硬化不銹鋼采用HRC標(biāo)尺，不銹鋼薄壁管、厚度為1~2mm以下的薄板材料應(yīng)采用N標(biāo)尺或T標(biāo)尺。
      1. 5  鍛鋼
     鍛鋼通常是采用布氏硬度試驗(yàn)，由于鍛鋼材料組織不夠均勻，而布氏硬度試驗(yàn)的壓痕較大。因此，布氏硬度試驗(yàn)?zāi)軌蚍从巢牧细鞑糠纸M織性能的綜合結(jié)果。
      1. 6  鑄鐵
     鑄鐵材料常常具有組織不均勻，晶粒粗大的特點(diǎn)，因此一般采用布氏硬度試驗(yàn)。洛氏硬度計(jì)可用于部分鑄鐵工件的硬度試驗(yàn)。凡是在細(xì)晶粒鑄件的小斷面上沒(méi)有足夠面積作布氏硬度試驗(yàn)的地方，常?？捎肏RB或HRC標(biāo)尺測(cè)試硬度，但好采用HRE或HRK標(biāo)尺，因?yàn)镠RE和HRK標(biāo)尺采用3.175mm直徑的鋼球，它比1.588mm直徑鋼球能得到更好的平均讀數(shù)。
     硬的可鍛鑄鐵材料，通常采用HRC，如果材料不均勻，可測(cè)多個(gè)數(shù)據(jù)，取其平均值。
      1. 7  燒結(jié)碳化物（硬質(zhì)合金）
      硬質(zhì)合金材料的硬度測(cè)試通常只采用HRA標(biāo)尺。
      1. 8  粉末冶金材料
粉末冶金工件的硬度測(cè)試可采用HRB、HRF、HRH或HR15T、HR30T標(biāo)尺，凡是可能的地方，應(yīng)盡量采用HRB標(biāo)尺，因?yàn)橐驯蛔C明它具有佳的分辨能力。由于材料的多孔性，測(cè)得的硬度值被稱為“表觀硬度”。
      1. 9  銅及銅合金
      黃銅的硬度測(cè)試一般采用HRB或HRF標(biāo)尺。
      在測(cè)試黃銅板的質(zhì)量方面，洛氏硬度試驗(yàn)起著非常重要的作用。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTMB36述及“洛氏硬度試驗(yàn)是檢驗(yàn)各種回火黃銅是否符合拉伸強(qiáng)度或晶粒大小要求快而方便的方法”。
     通?；鼗瘘S銅采用HRB標(biāo)尺，退火黃銅或紫銅采用HRF標(biāo)尺，薄板材或薄壁管材采用HR15T、HR30T、HR45T標(biāo)尺。
     各國(guó)銅材料標(biāo)準(zhǔn)中都給出了不同的合金材料、不同的退火或回火條件下的HRB、HRF或HR15T、HR30T、HR45T標(biāo)尺的上下限硬度值。
      1. 10  鋁及鋁合金
     硬質(zhì)鋁合金采用HRB，中等硬度的鋁合金采用HRE、HRF，軟的鋁合金或純鋁采用HRH。
較薄的鋁板或薄壁鋁管采用HR15T、HR30T、HR45T。
      1. 11  鋅
     鋅板的硬度測(cè)試通常采用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。
      1. 12  鈦
     鈦合金的硬度很高，通常采用HRA，因?yàn)榻饎偸外伣饘匍g存在親合性，它會(huì)縮短金剛石的壽命。因此測(cè)試后要求用細(xì)砂紙將附著在壓頭上的鈦金屬除掉，保持金剛石壓頭的清潔就可以延長(zhǎng)壓頭的使用壽命。

     2、按材料厚度選擇
     洛氏硬度試驗(yàn)要求試樣厚度的小值：對(duì)于采用金剛石壓頭的各種標(biāo)尺，是殘余壓痕深度的10倍；對(duì)于采用球壓頭的各種標(biāo)尺，是殘余壓痕深度的15倍。標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)后試樣背面不可產(chǎn)生可見(jiàn)的變形痕跡。
     任何洛氏硬度試驗(yàn)的壓痕深度均可采用簡(jiǎn)單的公式計(jì)算出來(lái)。但是實(shí)際上用不著這種計(jì)算，因?yàn)橛幸恍?biāo)準(zhǔn)圖表可以方便地幫助人們確定這些“小厚度值”。在某些范圍內(nèi)，這些“小厚度值”是按10：1或15：1的比例計(jì)算出來(lái)的，但是大多數(shù)是根據(jù)低碳鋼和淬火回火帶鋼的不同厚度在實(shí)驗(yàn)中所積累的數(shù)據(jù)繪制的。

      圖1 試樣小厚度——洛氏硬度關(guān)系圖。（取自GB/T230-2004）

      2. 1 圖1的應(yīng)用
     圖1來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)GB/T230.1—2004和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO6508-1：1999。在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多。
     對(duì)于已知硬度值的試樣，其厚度值應(yīng)位于曲線上方。例如：圖1.1硬度值為60HRC的試樣，其厚度值應(yīng)大于0.8mm。對(duì)于已知厚度的試樣，在坐標(biāo)圖上可找到這一厚度值所對(duì)應(yīng)的硬度值，測(cè)試范圍包括這一硬度值的各個(gè)標(biāo)尺都可以選擇，但是為了實(shí)現(xiàn)高的靈敏度和精度。通常選用試驗(yàn)力大的那一個(gè)標(biāo)尺。例如：在圖1.1中一個(gè)厚度為0.5mm的淬火鋼試樣，它對(duì)應(yīng)的洛氏硬度值為75，可選的標(biāo)尺為HRD和HRA，試驗(yàn)力大一些的是HRD，所以應(yīng)選用HRD標(biāo)尺。同樣是0.5mm厚的淬火鋼，也可以用表面洛氏硬度計(jì)來(lái)測(cè)試。如圖1.3,0.5mm厚的淬火鋼，對(duì)應(yīng)的表面洛氏硬度值為50，可選用的標(biāo)尺為HR30N和HR45N。這里應(yīng)選用HR45N標(biāo)尺。如果是0.5mm厚的軟鋼或黃銅，由圖1.2可知，沒(méi)有哪一個(gè)洛氏硬度標(biāo)尺可以選用，只能選用表面洛氏硬度標(biāo)尺。由圖1.3可知，可選用的標(biāo)尺是HR30T和HR45T。這里應(yīng)選用HR45T。

      2.2 圖2的應(yīng)用
      圖2來(lái)源于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM E18-02。
      利用圖2來(lái)選擇洛氏硬度標(biāo)尺更加方便，更加直觀。
     在圖2上可以很方便地找到一個(gè)厚度——硬度值組合所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，凡是這一點(diǎn)左側(cè)的標(biāo)尺都可以選用，但是應(yīng)注意的是，為了提高靈敏度和精度，在該點(diǎn)左側(cè)可選標(biāo)尺中應(yīng)盡量選擇試驗(yàn)力大的一個(gè)標(biāo)尺，也就是選擇靠近該坐標(biāo)點(diǎn)的標(biāo)尺。
     例如：對(duì)于厚度為0.8mm，硬度值為60HRC的試樣應(yīng)選擇HRC標(biāo)尺。對(duì)于厚度為0.8mm，硬度值約為60HRB的試樣應(yīng)選擇HRF標(biāo)尺。對(duì)于厚度為0.5mm，硬度值為60HRC試樣，應(yīng)選擇HR45N標(biāo)尺，對(duì)于厚度為0.5mm，硬度為60HRB的試樣，應(yīng)選擇HR15T標(biāo)尺。
     如果已知的硬度值不是HRC或HRB，則可利用硬度換算表將已知的硬度值換算成HRC或HRB，然后再利用圖2來(lái)選擇可用的標(biāo)尺。

      2.3 表2的應(yīng)用
      表2的來(lái)源也是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM E18-02。
     表2以表格的形式給出了洛氏硬度標(biāo)尺的選擇指導(dǎo)。表2的使用也很方便和直觀。
     例如：試樣是厚度為0.35mm的硬鋼帶，其硬度值約63HRC。根據(jù)表2.1，63HRC硬度的材料，其厚度至少為0.7mm，才能進(jìn)行準(zhǔn)確的HRC硬度測(cè)試。所以這種材料不能采用HRC標(biāo)尺。若選用其他標(biāo)尺，可利用“黑色金屬硬度換算表”查得63HRC對(duì)應(yīng)于73HRD、83HRA、70HR45N、80HR30N、91HR15N。再查表2.1，可知，可選擇的硬度標(biāo)尺為HR30N和HR15N，這里應(yīng)選用試驗(yàn)力較大的HR30N。
      上述例子在利用圖2來(lái)選擇標(biāo)尺時(shí)，也會(huì)得出相同的結(jié)果。
     如果已知表面硬化鋼的近似硬化層深度和硬度值，也可以利用上述方法來(lái)選擇合適的硬度標(biāo)尺。

      2.4 “測(cè)砧效應(yīng)”
     如前面所述，洛氏硬度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中有一個(gè)關(guān)于試樣“小厚度值”的要求，對(duì)于不同硬度的試樣，這一允許的“小厚度值”也不同。當(dāng)試樣厚度小于這一允許的“小厚度值”時(shí)，硬度測(cè)試時(shí)試樣在壓頭的作用下，變形硬化區(qū)域就可能會(huì)穿透試樣，到達(dá)試樣下面的測(cè)砧，這時(shí)試樣背面就會(huì)產(chǎn)生可見(jiàn)的變形痕跡。這時(shí)試驗(yàn)力會(huì)穿過(guò)試樣，在測(cè)砧上消耗掉一部分，這時(shí)測(cè)得的硬度值是不真實(shí)的。這種因試樣厚度不足，而使試驗(yàn)力消耗到測(cè)砧上一部分，造成硬度值測(cè)量不準(zhǔn)確的現(xiàn)象叫做硬度試驗(yàn)的“測(cè)砧效應(yīng)”。

      2.5 “測(cè)砧效應(yīng)”的對(duì)策
   為了避免“測(cè)砧效應(yīng)”的發(fā)生，應(yīng)嚴(yán)格按照2.1~2.3條的方法，選擇合適的硬度標(biāo)尺。當(dāng)發(fā)現(xiàn)硬度測(cè)試后試樣背面產(chǎn)生了可見(jiàn)的變形痕跡時(shí)，應(yīng)改變標(biāo)尺，選用輕**的試驗(yàn)力進(jìn)行測(cè)試。
     如果發(fā)現(xiàn)試樣上產(chǎn)生了“測(cè)砧效應(yīng)”，就應(yīng)仔細(xì)觀察測(cè)砧的支承面。多次產(chǎn)生“測(cè)砧效應(yīng)”之后，測(cè)砧的支承面上就可能會(huì)產(chǎn)生毛刺或很小的壓痕，它們都會(huì)影響洛氏硬度測(cè)試的準(zhǔn)確性，這時(shí)應(yīng)更換計(jì)新的測(cè)砧。
     為了避免“測(cè)砧效應(yīng)”的產(chǎn)生，有一種做法是將相同材料的幾片試樣迭加在一起進(jìn)行測(cè)試。這種方法是不可取的，因?yàn)閹讓釉嚇拥慕佑|面之同可能會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，這時(shí)測(cè)試值也是不準(zhǔn)確的。
     當(dāng)試樣的厚度低到既使采用輕試驗(yàn)力的標(biāo)尺仍然會(huì)產(chǎn)生“測(cè)砧效應(yīng)”時(shí)，還有一種方法可以采用，這就是標(biāo)準(zhǔn)GB/T230.1-2004附錄A中給出的“薄片產(chǎn)品的HR30Tm試驗(yàn)”。這種試驗(yàn)方法適用于可以采用鋼球壓頭的冷軋鋼板，馬口鐵，薄銅板等材料。

      2.6 用于薄片產(chǎn)品硬度測(cè)試的HR30Tm試驗(yàn)
     用于薄片產(chǎn)品的HR30Tm試驗(yàn)，其試驗(yàn)條件與HR30T相似，經(jīng)供需雙方協(xié)商，允許試樣背面出現(xiàn)變形痕跡。多年的應(yīng)用證明這項(xiàng)試驗(yàn)用于比較目的是非常令人滿意的。它可用于硬度值在80HR30T以下，厚度小于0.6mm直至產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中給出的小厚度的產(chǎn)品。這項(xiàng)試驗(yàn)需要使用一個(gè)金剛石點(diǎn)砧座（支承面很小的，端面嵌有金剛石的測(cè)砧）。金剛石的表面應(yīng)該是一個(gè)經(jīng)過(guò)高度拋光的平面，這種金剛石點(diǎn)砧座可以為試樣下表面提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的磨擦條件，這樣就可以提高測(cè)試的重復(fù)性。
     國(guó)內(nèi)外的鍍錫板（馬口鐵）標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于材料硬度的要求，規(guī)定要采用HR30Tm試驗(yàn)。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在鍍錫板硬度測(cè)試時(shí)要在金剛石點(diǎn)砧座上測(cè)試。對(duì)于厚度0.55~0.77mm的材料要用HR45T標(biāo)尺，對(duì)于厚度0.21~0.55mm的材料，要用HR30T標(biāo)尺，對(duì)于厚度小于0.21mm的材料，要用HR15T標(biāo)尺。所有測(cè)試值都要用HR30Tm來(lái)表示。HR15T和HR45T標(biāo)尺下的測(cè)試值要換算成HR30T標(biāo)尺的硬度值。

     3、按標(biāo)尺刻度范圍選擇
     每種洛氏硬度標(biāo)尺都有一個(gè)可用范圍，這一點(diǎn)很容易從硬度計(jì)刻度盤上的分度來(lái)確定。采用金剛石壓頭的黑色刻度（HRA、HRC、HRD）分為0~100個(gè)分度，采用鋼球壓頭的紅色刻度（HRB、HRE、HRF、HRG、HRH、HRK）分為0~130個(gè)分度，在表面洛氏硬度計(jì)上的分度是0~100。事實(shí)上由于種種原因，各種標(biāo)尺的實(shí)際使用范圍往往要低于硬度計(jì)上的分度范圍。
     HRC標(biāo)尺的使用范圍是20~70HRC，當(dāng)硬度值小于20HRC時(shí)，因?yàn)閴侯^的圓錐部分壓入太多，靈敏度下降，這時(shí)應(yīng)改用HRB標(biāo)尺。盡管HRC標(biāo)尺被規(guī)定的上限使用值為70HRC，但是當(dāng)試樣硬度大于67HRC時(shí)，壓頭產(chǎn)生的壓力過(guò)大，金剛石容易損壞，壓頭的壽命會(huì)大大縮短，因此一般應(yīng)改用HRA標(biāo)尺。
     HRA標(biāo)尺的使用范圍是20~88HRA，事實(shí)上該標(biāo)尺的低端也很少采用，因?yàn)?0HRA已經(jīng)相當(dāng)于19HRC，所以HRA標(biāo)尺一般只用于測(cè)試硬質(zhì)合金。
     HRB標(biāo)尺的使用范圍是20~100HRB，當(dāng)硬度值低于20HRB時(shí)，由于鋼球的壓入深度過(guò)大，金屬蠕變加劇，試樣在試驗(yàn)力作用下的變形時(shí)間延長(zhǎng)，測(cè)試值準(zhǔn)確度降低，此時(shí)應(yīng)改用HRF標(biāo)尺。當(dāng)硬度值大于100HRB時(shí)，因?yàn)殇撉驂喝肷疃冗^(guò)淺，靈敏度降低，精度下降，此時(shí)應(yīng)改用HRC標(biāo)尺。
     盡管標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定HRB標(biāo)尺的使用范圍是20~100HRB，但是在我國(guó)，由于HRB標(biāo)尺的中、低值標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的短缺，使得HRB標(biāo)尺的實(shí)際應(yīng)用范圍只局限于70HRB~100HRB之間，這樣就大大地影響了HRB這一洛氏硬度重要標(biāo)尺在我國(guó)的應(yīng)用，使得在軟鋼和銅合金硬度測(cè)試方面缺少了一個(gè)非常重要的檢測(cè)手段。相應(yīng)的我國(guó)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中材料硬度的測(cè)試方面，洛氏硬度試驗(yàn)方法的采用也明顯落后于國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)。
     HRF標(biāo)尺的使用范圍是60~100HRF。HRF標(biāo)尺是國(guó)外使用很多的一個(gè)標(biāo)尺，它是測(cè)試純銅和較軟的銅合金材料很好的檢測(cè)手段。但是在我國(guó)，也存在標(biāo)準(zhǔn)硬度塊短缺的問(wèn)題，它的應(yīng)用也受到了很大的限制。
     HRG標(biāo)尺適用于HRB值接近100的材料，當(dāng)試樣硬度值接近HRB100時(shí)，如果改用HRG標(biāo)尺，就可以大大提高測(cè)試的靈敏度，從而提高測(cè)試精度。
     關(guān)于HRB中低值硬度塊和HRF硬度塊短缺的問(wèn)題，在2007年有望得到解決。沈陽(yáng)天星公司計(jì)劃2007年初開(kāi)始制造這些特殊的硬度塊，相應(yīng)的技術(shù)準(zhǔn)備已經(jīng)完成，屆時(shí)會(huì)推出來(lái)供業(yè)界使用。