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里氏硬度计丨布氏硬度计丨洛氏硬度计丨美泰硬度计丨便携式硬度计丨硬度计原理

一、里氏硬度计测试基本原理 

    随着单片技术的发展，1978年，瑞士人Leeb博士首次提出了一种全新的测硬方法，它的基本原理是具有一定质量的冲击体在一定的试验力作用下冲击试样表面，测量冲击体距试样表面1mm处的冲击速度与回跳速度，利用电磁原理，感应与速度成正比的电压。里氏硬度值以冲击体回跳速度与冲击速度之比来表示。 

    计算公式：HL=1000×（VB/VA） 

    式    中：HL——里氏硬度值 

              VB——冲击体回跳速度 

              VA——冲击体冲击速度 

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二、里氏硬度计冲击装置 

    里氏硬度度有D、DC、D+15、C、G、E、DL七种： 

    D   ：外型尺寸：f20×70mm，重量：75g。通用型，用于大部分硬度测量。 

    DC  ：外型尺寸：f20×86mm，重量：50g。冲击装置很短，主要用于非常局促的地方，例如孔或圆筒内。 

    D+15：外型尺寸：f20×162mm，重量：80g。头部细小，用于沟槽或凹入的表面硬度测量。 

    C   ：外型尺寸：f20×141mm，重量：75g。冲击能量最小，用于测小轻、薄部件及表面硬化层。 

    G   ：外型尺寸：f30×254mm，重量：250g。冲击能量大，对测量表面要求低。用于大、厚重及表面较粗糙的锻铸件。 

    E   ：外型尺寸：f20×162mm，重量：80g。压头为人造金刚石，用于硬度极高材料的测定。 

    DL  ：外形尺寸：f20×202mm，重量：80g。头部更加细小，用于狭窄沟槽及齿轮面硬度的测定。 

三、异型支撑环的使用 

    在现场工作中，经常遇到曲面试件，各种曲面对硬度测试结果影响不同，在正确操作的情况下，冲击落在试件表面瞬间的位置与平面试件相同，故通用支撑环即可。但当曲率小到一定尺寸时，由于平面条件的变形的弹性状态相差显著会使冲击体回弹速度偏低，从而使里氏硬度示值偏低。因此对试样，建议测量时使用小支撑环。对于曲率半径更小的试样，建议选用异型支撑环。

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 四、里氏硬度计的测量范围 

根据里氏原理，只要材料具备一定刚性，能形成反弹，就能测出准确的里氏硬度值，但很多材料里氏与其它制式的硬度没有相应的换算关系，因此里氏硬度计目前只装了9种材料的换算表。具体材料如下：钢和铸钢，合金工具钢，灰铸铁，球墨铸铁，铸铝合金，铜锌合金，铜锡合金，纯铜，不锈铜。 

对于一些特殊材料的试样，用户可使用公司提供的拟合曲线软件做专用换算表。在实际生产中，使用的金属材料多种多样，由于里氏硬度计对材料的加工方式、材料的合金元素组成敏感，而里氏硬度计芯片中储存的硬度换算表不可能都满足用户的需要，用户在测试中，可以使用拟合软件做自己专用的硬度换算表。 

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里氏硬度测试技术是国际上继布、洛、维、肖氏硬度之后新发展的一种技术，在国际上的普及程度越来越广。在中国，里氏硬度技术已有初步发展，为了推广这一先进技术，参照国际标准，机械工业部已颁布了“里氏硬度计技术条件ZBN7l 010-90”，国家质量技术监督局已颁布“金属里氏硬度试验方法 GB/T 17394-1998”。

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五、里氏硬度计的特点

1、里氏硬度计属动载测试法  

  里氏考察的是冲击体反弹与冲击的速度，通过速度修正，可在任意方向上使用，极大地方便了使用者。与肖氏比较，同属动载测试法，但肖氏考察的是冲击体反弹的垂直高度，因此决定了肖氏硬度仪要垂直向下使用，这势必在实际使用中造成很大的局限性；

2、里氏硬度计体积小、重量轻，便于现场硬度检测

    里氏硬度计的硬度传感器小如一只笔，可用手直接操作，无需工作台，无论是大、重型工件，还是几何尺寸复杂的工件，都能容易地检测。而通常使用的布、洛、维氏硬度计．由于体积庞大，不便于在现场使用，特别是需测试大、重型工件时，由于硬度计工作台无法容纳，所以根本无法检测。

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六、里氏硬度计对测量的要求 

2     里氏硬度计测试原理 1、里氏硬度计试样表面的要求 

测试面应有金属光泽，不应有氧化皮及其它污物，表面粗糙度应符合如下要求：

冲击装置类型

 试件表面粗糙度(um) 

D、DC型

 ≤1.6 

 G型

 ≤6.3 

 C型

 ≤0.4 

2、里氏硬度计试样重量要求 

    试样必须有足够的质量及刚性以保证在重建过程中不产生位移或弹动，质量应符 合如下要求：

里氏硬度计冲击装置类型

 试样质量(Kg)

稳定放置

 固定或夹持

 需耦合

D、DC型

 >5

 2～5

 0.05～2

G型

 >15

 5～15

 0.5～5

C型

 >1.5

 0.5～1.5

 0.02～0.5

3、里氏硬度计试样厚度要求 

    试样应有足够的厚度，最小厚度应符合如下要求：

 里氏硬度计冲击装置类型

 试样最小厚度(mm)

D、DC型

 5

G型

 10

C型

 1

4、里氏硬度计试样具有表面硬化层，其硬化层深度应符合如下要求： 

冲击装置类型

 表面硬化层深度 

D、DC型

 ≥0.8 

C型

 ≥0.2 

5、对于凹、凸、圆柱面及球面试样，其表面曲率半径应符合如下要求：

冲击装置类型

 表面曲率半径(mm) 

D、DC型

 ≥30 

C型

 ≥50 

对于表面为曲面的试样，应使用适当的支撑环，以保证冲击头冲击瞬间位置偏差在0.5mm之内。

 6、试样不应带有磁性。 

7、每个测量点间距应大于3～4mm，不可在同一点上重复测试，否则会引起较大的误差。同时会减短传感器的使用寿命。 

 七、里氏硬度计影响测试精度的几个问题

    由于里氏硬度计是在动态力作用下测定金属硬度的，所以影响测试结果准确性的因素比较多，故应对这些因素如以一定的限制，主要包括: 试验条件、试验对象、操作技术和数据处理等几个关健环节，下面将就一些具体问题探讨一下： 

1、 试件曲率对精度的影响， 

    在现场工作中，经常遇到曲面的试件，各种曲面对硬度测试结果的影响不同，在正确操作的情况下，冲击体落在试件表面瞬间的位置与平面试件相同，故通用支撑环即可。但当曲率小到一定尺寸时，由于平面条件的变形和弹性状态相差显著，会使冲头回弹速度偏低，从而使里氏硬度示值偏低。 

2、数据换算产生的误差 

     里氏硬度换算为其他硬度时的误差包括两个方面，一方面是里氏硬度本身测量误差，这涉及到按同一方法重复进行试验时的分散，和对于多台同型号里氏硬度计的误差；另一方面是比较不同硬度试验方法所测硬度产生的误差，这是由于各种硬度方法之间不存在明确的物理关系，并受到相互比较中测量不可靠性影响的原因。 

     本仪器的硬度换算是自动完成的，故可用布氏、洛氏、维氏、肖氏硬度标准块直接确定硬度仪的换算误差。 

3、特殊材料引起为误差 

    存储在硬度仪中的换算表对以下钢种可能产生偏差： 

（1）、高合金钢 

◆所有奥氏体钢 

◆在高速钢中，耐热工具钢和莱氏体铬钢(工具钢类)硬质材料(莱氏体碳化物，例如M7C3和M6C会引起弹性模量增加，从而使HL值偏低。这类钢应在横截面上进行测试。 

 局部冷却硬化，例如由于切割或不适当的试样制备也会引起HL值偏高。 

（2）、磁性钢 

◆在检验磁性材料硬度时，由于磁场影响，会使HL值偏低，如磁场较强，建议不用此种测试方法。 

（3）、表面硬化钢 

◆表面产生硬化的材料，尤其是经表面处理的钢，由于基体软，会使HL值偏低，当硬化层大于0.8mm时(C型冲击装置为0.2mm)，则不影响HL值。 

（4）、对于特殊材料可用以下方法，自己建立对比关系。 

◆试验面必须仔细制备 

◆如不进行耦合，选择的试样足寸尽可能大 

◆试样硬度在硬度仪换算范围内 

◆用相应测量范围的硬度块检查静态硬度计准确性。 

◆在试样上用静态硬度计测三个点，并在压痕周围用里氏变度仪测五个值，取其平均值。比较两种方法测出的硬度值即可得出误差范围。也可用一组不同硬度试样用上述方法绘出换算曲线。   

4、齿轮检测的误差 

     一般情况下，里氏硬度计对于模数大于7的齿轮齿面的检测是可以保证精确度的，但齿轮模数小于7时，由于齿面较小；测试误差相对较大，对此，用户可根据情况设计相应的工装，将有利于减小误差。 

5、材料弹性、塑性的影响 

    里氏值除与硬度、强度相关外，更与弹性模量有关，硬度值是材料硬度和塑性的特征参数，因为两者的成分必然是共同测定的。在弹性部分，首先明显受E模量影响，在这方面当材料的静态硬度相同，而E值大小不同时。E值低的材料，HL值较大。   

6、热轧方向造成构误差 

     当被测工件系热轧工艺成型时，如果测试方向与轧制方向一致，会因弹性模量'E'偏大而造成测试值偏低，故测试方向应垂直于热轧方向。例如：测圆柱件截面硬度时，应在径向测试为好(一般圆柱件热轧方向为轴向)。   

7、其它因素的影响 

    对管件测试时需注意以下几点： 

◆管件注意稳固支撑 

◆测试点应靠近支撑点且与支撑力平行 

◆管壁较薄时在管内放入适当芯子 

     在热处理过程中，有时会造成金属材质发生改变（如20Cr钢经渗碳-淬火后由合金结构钢变成低合金工具钢），在此情况下，应注意选择适当的金属材料。 

    工件本身的硬度离散性也造成试值误差，应根据经验分析硬度分布，合理解释试值误差。操作方法、试样制备、探头配置如不正确，也会造成误差。

    总之：所有硬度机都不是万能的、不是能够解决所有问题、完美无瑕的！而便携式里氏硬度计，测值简易、痕迹小、硬度值测量广泛、携带方便，不受空间、方位等限制，是台式硬度机的有益补充和扩展！在模具，轧辊、容器制造、锻压等行业大有蔓延的趋势，不可忽视其流行的作用！  

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硬度计的分类及注意事项

1.里氏硬度计（Dietmar Leeb）

　里氏硬度计是根据最新的里氏硬度计测试原理利用最先进的微处理器技术设计而成

　　2.布氏硬度计（HB）

　　以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。

　　3.洛氏硬度计（HR）

　　当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的甓壤幢硎荆?HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。

　　HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。

　　HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。

　　4. 维氏硬度计（HV）

　　以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。

　　硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验，生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。

　　以上硬度只是常用的几种，另外还有肖氏（HS）硬度、邵氏（HS）硬度、巴氏硬度、摩氏硬度等。实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。

硬度计分类

　　里氏硬度计 洛氏硬度计 布氏硬度计 邵氏硬度计 肖氏硬度计 巴氏硬度计 显微硬度计 摩氏硬度计 维氏硬度计等

　　里氏硬度计

　　主要功能

　　可通过按键选择测试材料、硬度制式、测试方向及测试次数；

　　可实现六种硬度（HLD、HRB、HRC、HB、HV、HS）间的转换；

　　可反复显示各次测试结果，并可自动或手动删除误操作测试结果；

　　可随时输出单次测试平均值或整体输出所有存储数据；

　　自动检测电池电压，在测试状态有电量显示图标；

硬度计注意事项

　　除了各种硬度计使用时特殊注意事项外，还有一些共同的应注意的问题，现列举如下：

　　1、硬度计本身会产生两种误差：一是其零件的变形、移动造成的误差；二是硬度参数超出规定标准所造成的误差。对第二种误差，在测量前需用标准块对硬度计进行校准。对洛氏硬度计校正结果，差值在±1之内合格。差值在±2之内的稳定数值，可以给出修正值。差值在±2范围之外时则必需对硬度计进行校正维修或换其他硬度测试法测定。

　　洛氏硬度各标度有一事实上的适用范围，要根据规定正确选用。例如，硬度高于HRB100时，应采用HRC标度进行测试；硬度低于HRC20时应用HRB标度进行测试。因为超出其规定的测试范围时，硬度计的精确度及灵敏度较差，硬度值不准确，不宜使用。其他硬度测试法也都规定有相应的校正标准。校准硬度计用的标准块不能两面使用，因标准面与背面硬度不一定一致。一般规定标准块自标定日起一年内有效。

　　2、在更换压头或砧座时，注意接触部位要擦干净。换好后，要用一定硬度的钢样测试几次，直到连续两次所得硬度值相同为止。目的是使压头或砧座与试验机接触部分压紧，接触良好，以免影响试验结果的准确性。

　　3、硬度计调整后，开始测量硬度时，第一个测试点不用。因怕试样与砧座接触不好，测得的值不准确。特第一点测试完，硬度计处于正常运行机制状态后再对试样进行正式测试，记录测得的硬度值。

　　4、在试件允许的情况下，一般选不同部位至少测试三个硬度值，取平均值，取平均值作为试件的硬度值。

　　5、对形状复杂的试件要采用相应形状的垫块，固定后方可测试。对圆试件一般要放在V形槽中测试。

　　6、加载前要检查加载手柄是否放在卸载位，加载时动作要轻稳，不要用力太猛。加载完毕加载手柄应放在卸载位置，以免仪器长期处于负荷状态，发生塑性变形，影响测量精确度。

　　维氏、洛氏硬度

　　硬度：是材料抵抗局部塑性变形的能力，现在多用压入法测定。

　　注：各硬度值相互之间不能直接比较，只能通过硬度对照表换算。

　　一 、布氏硬度（HB）

　　1.测试用压头：直径为D的钢球或硬质合金球；

　　2.适用范围：对金属来讲，只适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。

　　3.优点：测量误差小，数据稳定；

　　4.缺点：压痕大，不能用于太薄件或成品件。

　　二、洛氏硬度（HR）

　　1.洛氏硬度的分类及适用范围：根据压头的材料及压头所加的负荷不同，洛氏硬度可分为：HRA、HRB、HRC。HRA 适用于测量硬质合金、表面淬火层或渗碳层；HRB 适用于测量有色金属和退火、正火钢等；HRC 适用于调质钢、淬火钢等。

　　2.洛氏硬度的优点：操作简单、压痕小、适用范围广；

　　3.洛氏硬度的缺点：测量结果分散度大。

　　三、维氏硬度（HV）

　　1.测试用压头：金刚石四方角锥体，所加负荷较小；

　　2.维氏硬度的优点：保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点，既可测量由极软到极硬的材料的硬度，又能相互比较。

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4.         美泰MH210便携式里氏硬度计

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