材料硬度表示方法

 

表2 洛氏硬度标尺

硬度是衡量材料力学性能的一项重要指标，它是指物体抵抗外力进入其中的能力，即由于其他物体给与的外力与物体的形变尺寸之间的关系。
       表1几种常用的陶瓷硬度测定方法
名称 维氏硬度（HV） 努普硬度(HK) 洛氏硬度(HRA)
压头 金刚石正四棱锥体，夹角136° 金刚石四棱锥体，两长棱夹角172°，短棱夹角130°，底面为棱形。金刚石圆锥体，圆锥角120°，顶端球面半径为0.2mm
荷重 10-100g 10-200g 基准荷重10Kg，总荷重70Kg
荷重时间 30s 30s 基准荷重9s，总荷重10s
所测数据 压痕对角线长度，算出压痕表面积 压痕对角线长度，算出投影面积 压痕深度之差h
计算公式 HV=1.854P/d2HV-维氏硬度（Kg/mm2）P-荷重（Kg）d-对角线长(mm)HK=14.23P/L2HK-努普硬度（Kg/mm2）P-荷重（Kg）d-对角线长(mm)HRA=100-hghg-h除以0.002mm的当量
特点 ①荷重小，可测定细小的试样压痕小
②测量误差大
③对试样无损坏 ①同上
②压痕长，易测量，误差小③ 同上 ①荷重较大，只能对相对大的试样进行测定。②误差小。测量效率高。③对试样破坏性大。
测量精度 较低 较高 较高
试样要求 为使压痕清晰，易于测定，试样表面须先研磨抛光 同上试样表面不需研磨抛光。但试样两面要相互平行，表面粗糙度要足够小。

   对于较硬的材料（如95瓷、SiC等），用得较多的是洛氏硬度，并且它的精度高，误差小。但是它的标尺多，共有A、B、C、D、E、F、G、H、K九种。硬度之间的换算较难，也没有统一的标准，下面就探讨一下洛氏硬度。
   GB/T230-91是金属洛氏硬度的试验方法的标准，也适用于陶瓷材料。各种标尺相应的压头类型和总试验力，见下表2。
    表2 洛氏硬度标尺
压头类型 总试验力F(N)
1471 980.7 588.4
金刚石圆锥 C D A
钢球（mm） d=1.5875 G B F
d=3.175 K E H

陶瓷材料一般以HRA为主（适用范围20-88），较硬可用HRC为标尺（适用范围20-70）,洛氏硬度是根据压痕深度计算硬度值。
     HR = (K—¬h)/0.002 ①
     K—常数 h—除掉初试应力（10kgf）的深度
     当压头为金刚石时，K=0.20mm
     当压头为钢球时，K=0.26mm
   由公式我们可以看出，当h越大，HR越小，对于A标尺，由于加力小，故相对C标尺其硬度要大些，根据GB1172-74，黑色金属洛氏硬度值换算表可知，HRA在80左右范围内，HRC与之相差范围在16-18，趋势是HR值越大，差值越小，但无规律。作者以95瓷为例，仪器为一台HR-150A型洛氏硬度计，做了一些试验，发现其HRA与HRC之间换算数据并不满足GB1172-74中的对照关系。但也没发现规律。但可以肯定不同的95瓷配方、不同的生产工艺得到的洛氏硬度都是不同的。
   陶瓷材料的组成、显微结构和硬度都有一定关系。不同组成陶瓷材料其硬度值显然是不一样的，同一组成的陶瓷材料，由于生产工艺的不同，其内部显微结构也是不同的。故其硬度也不同。同一组成相，显微结构是硬度的决定因素，晶粒大小是最灵敏的结构因素。
     H = H0 + K﹒d-0.5 ②
     H0—单晶压入硬度 d—晶粒直径 K—材料系数
     ②式也说明了平均粒径小的材料，硬度高。
   研究陶瓷新材料时，我们可以借助硬度测试和显微结构分析这些简便的方法，来初步陶瓷的性能，找出其性能与显微结构的关系，同时还可对其生产工艺提出科学的依据。