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洛氏硬度測試法知識學堂(洛氏硬度 HR 測定)

洛氏硬度測試常識

洛氏硬度測試採用深度落差的測定方式,測量壓頭所留下的殘餘壓痕深度。 相對之下,布氏維氏和努氏的光學硬度測試法則是測量壓痕的大小。

以指定測試負載使用指定壓頭穿透試片表面的深度越深,表示受測材料越軟。 接著便會從殘餘的壓痕深度,加上其他因素考量(見以下說明),測定洛氏硬度(HR)。

依照洛氏定義所進行的硬度測試中,會分成兩個階段施加總試驗力。 這是為了消除試片表面的粗糙質地(如:試片上的溝槽)以及因壓痕深度量測活動所引起的量測錯誤。

符合 ISO 6508 之洛氏硬度測試(HR)順序

  • 1. 測試步驟
    首先施加預測試負載,將壓印頭壓入要進行測試的試樣中,直到壓痕達到h0的深度。h0會定義出後續量測最終壓印深度所使用的參考平面(基準)。
  • 2. 測試步驟
    之後施加更大的測試力量,並依照標準要求停留一段靜置時間(幾秒鐘),以便讓壓印頭穿透進入試樣中並到達最大穿透深度h1。測試預負載和額外試驗力的總和即為總試驗力(又稱總力或主要負載)。
  • 3. 測試步驟
    在停留時間結束時,移除額外試驗力。壓頭會根據總試驗力範圍內的壓痕深度彈性比例,移回起始位置,然後保持在永久壓痕深度 h 的等級(單位以 0.002 或 0.001 mm 表示),這又稱為差異深度(施以總試驗力前後的壓痕深度差)。取得永久壓痕深度 h 之後,便可根據 ISO 6508 標準所定義的公式,參考適用之洛氏標尺,計算出洛氏硬度 (HR)。
  • 洛氏測試程序
    選取測試壓痕時,需要注意與試樣的邊緣保持足夠的距離,且不能太靠近其他的測試壓痕。以下圖表說明必須遵守的底限值。

洛氏硬度測試方法的優缺點

洛氏硬度測試法具備下列優點:

  • 不需要進行試片製備(裁切、打磨、嵌入)
  • 直接讀取硬度值;不需要光學評估(使用光學測試法則需測量對角線)
  • 快速(短測試週期)、經濟(硬度試驗機相對具成本效-不需配備如布氏、維氏與努氏光學試驗機的精密光學系統)
  • 非破壞性測試;試片可重複使用

洛氏硬度測試法的缺點如下:

  • 未必是最準確的硬度測試方法,因為即使是一個小小的差異深度測量錯誤,也會導致計算出的硬度值產生嚴重誤差。
  • 測試位置必須不能有任何髒汙或殘留物質(如:殘渣碎屑、異物或油),測試結果方具效力。
  • 壓頭對測試結果的影響帶有不確定性,例如:當壓頭磨損,錐尖不再符合標準規定(標準規定:僅可使用認證且經校準之壓頭,盡可能避免不良影響!)。
  • 隨著硬度提高,材料會越來越難以區分。

洛氏硬度測試法與應用範例

為了使洛氏硬度測試的應用層面盡可能地廣泛,業界已經針對洛氏和 Super 洛氏程序發展出數種方法。

個別洛氏硬度測試法的區別如下:

  • 壓頭類型(材質、形狀與大小或壓頭球直徑);
  • 總試驗力強度(總力或主要負載);
  • 標尺刻度(待測殘餘壓痕深度 h 基準 h0 以 100 或 130 為單位)(依標尺,適用下列規定:1 單位 E = 0.002 mm 或 0.001 mm)。

此方式衍生出的洛氏硬度測試法使用五種不同的壓頭(具 120 度曲率的鑽石圓錐或碳化鎢製且直徑如下的硬質金屬球: 1/16”、1/8"、1/4”、1/2")和六種不同的總試驗力(15、30、45、60、100、150 kgf)。

這會導致 30 種不同的洛氏標尺,並且會根據 ISO 6508ASTM E18 (如:A、B、C、30N、15T)或 洛氏硬度測試法(如: HRA、HRBW、HRC、HR30N、HR15TW)標準化,每一種均涵蓋不同的硬度範圍,因此也適用於最廣泛的材料與應用層面(請參閱下表)。

洛氏通常作為生產環境或實驗室以及其他製程的快速檢驗方式,如: Jominy 端面淬火試驗/ Jominy 試驗

最常用的洛氏硬度測試法為 HRC。 原則上,球形壓頭用於偏軟質材料的硬度測試,而鑽石型壓頭用於測試偏硬材料的硬度。 鑽石型壓頭也會破壞或刺穿偏軟質的材料。

洛氏硬度測試法(依 ISO 6508 要求)

下表說明依 ISO 6508 實現標準化的洛氏硬度測試法與應用層面。 所有測試法的預負載均為 10 kgf。

方法 壓頭 主要負載 (kgf) 應用
HRA 鑽石 120° 60 表面硬化鋼材與合金、硬質金屬
HRBW 1/16" ball 100 銅 (Cu) 合金、非硬化鋼材(在美國,亦適用於強度高達約 686 N/mm² 之鋼材)
HRC 鑽石 120° 150 經過表面硬化的不鏽鋼及合金,硬化金屬
HRD 鑽石 120° 100 經過表面硬化的不鏽鋼及合金,硬化金屬
HREW 1/8" ball 100 鋁 (Al) 合金、銅 (Cu) 合金
HRFW 1/16" ball 60 軟質薄鋼板
HRGW 1/16" ball 150 青銅、銅 (Cu)、鑄鐵
HRHW 1/8" ball 60 鋁(Al)、鋅(Zn)、鉛(Pb)
HRKW 1/8" ball 150 承重金屬及其他非常軟或薄的材料,包括塑膠(詳見 ASTM D785)
HRLW 1/4" ball 60
HRMW 1/4" ball 100
HRPW 1/4" ball 150
HRRW 1/2" ball 60
HRSW 1/2" ball 100
HRVW 1/2" ball 150




超級洛氏法(依照 ASTM E18)

下列概述說明所有根據 ASTM E18 標準化之 Super Rockwell 測試法及應用層面。 所有測試法的預負載均為 3 kg。

方法 壓頭 主要負載 (kgf) 應用
HR15N 鑽石 120° 15 薄層硬化組件
HR30N 30
HR45N 45
HR15TW 1/16" ball 15 金屬薄板
HR30TW 30
HR45TW 45
HR15WW 1/8" ball 15 鋁(Al)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、錫板
HR30WW 30
HR45WW 45
HR15XW 1/4" ball 15 鋁(Al)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、錫板
HR30XW 30
HR45XW 45
HR15YW 1/2" ball 15 鋁(Al)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、錫板
HR30YW 30
HR45YW 45




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