您選擇的硬度測試應根據您正在測試的材料的微觀結構(例如均勻性)以及材料類型,零件尺寸及其狀況來確定。
硬度計大致分為金屬硬度計、橡膠(塑膠)硬度計、寶石硬度計、水泥硬度計等,一般我們所討論的大多為金屬硬度計和橡膠硬度計。
金屬硬度計種類又可細分為
- 洛氏硬度試驗機(Rockwell Hardness Tester)
- 微小維克氏硬度試驗機(Micro Vickers Hardness Tester)
- 維克氏硬度試驗機(Vickers Hardness Tester)
- 勃氏硬度試驗機(Brinell Hardness Tester)
- 里氏硬度計(Leeb Hardness Tester)
橡膠(塑膠)硬度計則是一般以英文字來區分種類如 A 型、D 型、C 型、F 型等等,大致區分為橡膠用、塑膠用、泡棉用等等,如 Teclock、Kori 還有一種巴可硬度計(Barcol Hardness Tester)也可以檢測塑膠、鋁製品、PE 和皮革等。
再針對金屬硬度計說明一下概略用途:
洛氏硬度計
一般常見的試驗尺規為 HRC、HRB、HRA、HRE 及 HR15N、HR30N、HR15T、HR30T 等等,其實洛氏硬度試驗機還可以測塑膠製品其尺規為 HRR、HRL、HRM 如檢測基板硬度。HRC 硬度尺規一般為檢測硬質金屬和熱處理過的鋼材硬度,HRA 一般用來檢測鎢鋼硬度,HRB 為檢測軟金屬或未處理過的鋼鐵材硬度。至於 HRE 一般檢查為鋁製品。至於 HR15N 和 HR30N 檢測表面硬度。 HR15T 和 HR30T 檢測薄鐵材或馬口鐵硬度。
泛用於各種金屬零部件、模具、熱處理等金屬硬度測試,對於檢查材料強度、來料檢驗、金屬硬化能試驗皆可便立即快速的測試。
微小硬度計/微小維克氏硬度計(HMV)
檢測範圍很廣,從軟金屬到硬金屬都可以檢測,還可以檢測鍍層及玻璃、陶瓷的硬度,尺規顯示為 HV,另有諾普氏硬度計(KnoopHardness Tester),尺規顯示為 HK。使用荷重為 10g 到 1kg。至於維克氏硬度計尺規一樣為 HV,但是使用荷重為 1kg 到 50kg。目前很多規範要用 10kg 來打材料的硬度。
維氏/維克氏硬度計(HV)
適用於測定薄型材料以及細小金屬材料之外,測量的範圍幾乎可以涵蓋所有的金屬,根據測試的特性,對於同一相同材質的材料在轉換力量之後,所獲得的材料硬度值是相近的,並且測試精度高,與洛氏硬度法相比,適用於較大範圍變化的硬度測試。
里氏硬度計(HL)
廣泛應用於大型材料、特種結構如電梯、鍋爐等壓力容器、金屬倉庫材料區分、模具、航空航天、交通運輸、離岸風電等永久組裝部件結構的硬度測試,不僅攜帶方便,也可利用不同形狀衝擊器,來達到不同的測試要求,並且在惡劣環境下也可維持穩定測試。
勃氏硬度計
檢測採用的荷重力大、測頭的球徑大、壓痕直徑大、適合於大晶粒金屬材料的硬度檢測,例如鑄鐵、鍛造材料、有色金屬及其合金、各種退火、調質後金屬以及鋼料、對於較軟金屬如純鋁、銅材、鉛、鋅、錫等等及其合金、測試精度穩定且準確。
針規測量精密孔的必備檢具
針規,又稱塞規、栓規、插銷規、圓柱規、PIN 規及 PIN GAUGE 等,是專門檢查產品是否符合標準之量規,是由白鋼、工具鋼、陶瓷、鎢鋼、軸承鋼等或其他材料製成的硬度較高的具有特定尺寸的圓棒。用於檢查位置,測量孔的尺寸,檢查兩孔距,也可作通止規及測量孔的深度用,是孔的標準化檢測的必備檢具。
針規精度規格如(下)圖示:
針規尺寸其外徑範圍為 φ0.200~φ50.00m,其標準品 φ20mm 以下,製作可到小數點三位數。
0.2mm~10.00mm,一般標準品針規精度為 ±0.5um,超精密型精度為 ±0.3um(適用於光纖類等高精密型產業)。
針規的種類、區分
EISEN 針規材質分為三類
- 軸承鋼
- 陶瓷
- 超硬(鎢鋼)
φ1.50mm~SUJ-2 軸承鋼(高碳鋼) φ0.2~20.00mm 陶瓷 φ0.10~φ0.30mm 超微粒超硬合金
φ0.30~ V-20mm 鎢鋼 耐磨粍性 普 佳 優 生鏽性 普 優 佳 溫度影響 普 佳 優
我司為日本大廠 EISEN 在台灣之總代理商,其所售之針規皆為日本原產、原裝進口,EISEN 為栓環規等檢具及鑽石刀具類之世界知名大廠,我國內不少上市、上櫃公司皆為其使用者。
限界螺紋規以通規(GO)和止規(NOGO)為一組,通規可順利通過被測螺紋,止規必須在旋轉 2 周(牙)之內停止,此螺紋才算合格。
螺紋栓規(又可稱塞規、栓牙規),螺紋栓規為檢查母螺紋之檢具。
螺紋環規(又可稱環規、環牙規),螺紋環規為檢查公螺紋之檢具。
環規及栓規精度均需符合『國際規範』如:ISO、JIS、ANSI、DIN、BSI 等。並附上精度檢測報告,然各廠牌在規範內存在些許『公差』,故建議與對應廠商使用『同品牌』環栓規做檢測,較不易產生公差爭議。
◎規格分類
針對不同『工件種類』與『牙距』需求,環規、栓規可區分為:
M 公制螺紋、UNC 美制螺紋粗牙、UNF 美制螺紋細牙、UNEF 美制螺紋特細牙、W 英制牙、
PF 管用平行螺紋、NPSM 美制管用平行螺紋、PT 英制管用斜度螺紋規、NPT 美制管用斜度螺紋規、
BC 腳踏車用等。
規格精度:
1. 『ISO』公制標準:一般栓規常用等級為 6H、環牙規等級為 6g。
2. 『JIS』新制標準:一般栓規常用等級為 6H、環牙規等級為 6g。
3. 『JIS』舊制標準(有分工作用及檢查用):等級分為 1、2、3 級(常用等級為 2 級)。
4. 『ANSI』美制標準:等級區分與新 JIS 相同,但公差範圍不同(不可混用)。
美制牙:(UNC、UNF、UNEF、UNS、UN)
1.『JIS』舊制標準:栓牙規等級為 3B、2B、1B;環牙規等級為 3A、2A、1A。
2.『ANSI』美制標準:等級區分同日規,但無工作用及檢查用區別,公差範圍也不同。
JIS 為日本範規,根據使用目的將螺紋規分為工作用和檢查用兩類,而 ISO 規格則無此區分。
日本 JIS 標準中根據使用目的之不同可分為:GP-IP(檢查用規)和 GP-WP(工作用規)、GP-NP(ISO 標準)。
舉例:外徑 3mm,間隙(pitch)0.5mm
若金屬件和其他堅硬或是黏著性的材料接觸,因為金屬的硬度大,比較可以抗磨損,所以會希望有一定的硬度。
不過有硬度的材料其脆性也比較軟的材料要大,因此不一定適合將整個工件從外表到內部完全進行硬化。
此情形下可以用表面硬化製作內部韌性較強(因為內層較軟,可以吸收應力不會破裂)而表面又比較堅硬,可以有相當抗蝕性的工件。
一般廣泛被運用的熱處理包刮焠火、回火、滲碳、高週波、回火、退火等製程, 讓金屬產生結構性能優異的材料。
在材料科學中,硬度指「固體材料抗拒永久形變的特性」。
材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度。
固體對外界物體入侵的局部抵抗能力,是比較各種材料軟硬的指標。
由於規定了不同的測試方法,所以有不同的硬度標準。
各種硬度標準的力學含義不同,相互不能直接換算,但可通過試驗加以對比。
硬度的測定主要決定於壓痕的深度、壓痕投影面積或壓痕凹印面積的大小。
靜態試驗方法包括布氏、洛氏、維氏、努氏、韋氏、巴氏等。
其中洛、維、布 式三種試驗方法是最被廣泛運用的,它們是金屬硬度檢測的主要試驗方法。業界又以洛氏硬度試驗最被廣泛用於產品的檢驗。
硬度試驗根據試驗方法大致分為:
- 壓入硬度試驗
- 刻劃硬度試驗
- 回彈硬度試驗其它硬度試驗法
壓入硬度試驗
將特製的壓頭用一定負荷壓入在材料上一段時間,通過測量形成的壓痕來確定硬度。硬度高的材料上產生的壓痕小。
常用的壓入硬度試驗主要有:洛氏硬度試驗、維氏硬度試驗、布氏硬度試驗等。
回彈硬度試驗
將以物理性質已知的物體用一定速度撞擊待測物體,回彈速度越高說明硬度越高。
常用的回彈硬度試驗主要有:蕭氏硬度試驗、里氏硬度試驗等。
刻劃硬度試驗
將欲檢測的材料與一個或多個已知硬度的材料相互刻劃,在後者上留下劃痕說明硬度 ≥ 後者,反之 ≤ 後者硬度。這類方法能夠通過比較粗略估計硬度,但不夠精確。
常用的刻劃硬度試驗為鉛筆硬度試驗、莫氏硬度試驗(又稱摩氏硬度試驗)、銼刀硬度試驗等。
- 要測試的材料類型
- 是否需要符合標準
- 材料的硬度估值
- 材料的同質性 / 異質性
- 部件的尺寸
- 是否需要鑲埋(取樣局部的組織)
- 待測試的試樣數(抽檢、全檢)
以最常見的洛式硬度為例 HR
洛氏硬度是一種針對生產控制開發的快速硬度測試方法,使用直接讀數,主要用於金屬材料。可通過在使用給定載荷將壓頭壓入試樣材料後,測量所得壓痕的深度來計算洛氏硬度(HR)。
- 較常用於工件體較大的試樣
- 主要用於金屬材料的快速測試方法
- 廣泛被用於製程的測試,例如焠火、回火、退火等測試(HRC)
常見的硬度測試之二維克式硬度 HV
維氏硬度是一種適用於所有固體材料的硬度測試方法,包括金屬材料。在使用給定載荷使金剛石棱錐壓頭留下壓痕後,可通過測量試樣材料中的壓痕對角線長度來計算維氏硬度(HV)。壓痕對角線可通過光學方式測量,以便通過表格或公式確定硬度。
- 適合各種運用(焠火、表面硬度、滲碳等)
- 適用於所有固體材料的硬度測試方法,包括金屬材料
- 包括用於焊接點硬度測試的子組
- 需前置作業(金相鑲埋)
- 測試準備時間較長
1. 如果工件表面過於粗糙,在評估壓痕的邊角時可能會遇到困難,尤其是使用自動化設備的情況下。
在使用自動化硬度測試時,製備過程中的劃痕可能會導致壓痕尺寸讀數有誤。
解決方式:
使用拋光的表面。
表面製備要求取決於為材料施加的載荷以及材料的硬度:材料越軟,需要品質越高的拋光。
2. 對於侵蝕程度高的試樣,可能難以評估壓痕的邊角,這可能會導致硬度測試的解果有誤。
解決方式:
應盡可能避免蝕刻,因為這會導致反射面減小。如果必須進行蝕刻,則優選光蝕刻,這樣可以區分出壓痕的角。
例如,在評估焊接點時偶爾就需要進行蝕刻。
3. 硬度值高於預期。
解決方式:
查看相關規定,以確保在硬度測試中使用了正確的壓痕間距。
如果硬度壓痕彼此過於靠近,可能會出現應變硬化
刀具
扣件
自行車相關
車用零件
手工具
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HRA:是採用 60kg 載荷和鑽石圓錐壓入器求得的硬度,用於硬度超高的材料(如碳化鎢硬質合金等)。
HRB:是採用 100kg 載荷和直徑 1.5875mm 淬硬的鋼球,求得的硬度,用於硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。
HRC:是採用 150kg 載荷和鑽石圓錐壓入器求得的硬度,用於硬度很高的材料(如淬火鋼等)。