2B铅笔中的2B是啥意思?

九江新闻新闻 / 来源:直观学机械 发布日期:2021-04-08 12:38:28 热度:36C
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既然一个机械类的公众号要聊铅笔,那肯定要先营造一个机械的氛围,先跟着小编把这段唯美的造铅笔过程走一遍:

生活中,大家经常接触到2B铅笔,时而互相调侃。铅笔其实除了2B,还有HB等等。学工科以后就会去猜想:这个2B到底是什么意思?

作为一个理论力学刚好及格出头的小编,直观的思维就是:硬度。想当年物理老师还告诉我们,最软的是滑石、石墨,比较硬的有铂金啊,钢铁,最硬的那些就是很贵很贵各种高大上的宝石,水晶、刚玉、钻石。其实这个就是“莫氏硬度”。
莫氏硬度是表示矿物硬度的一种标准,分成十个等级。

说回到铅笔,铅笔中:B=BLACK(黑度),H=HARD(硬度),B数越多铅笔就越黑越软,H数越多就越硬颜色越浅。铅笔硬度等级排序:10B、9B、8B、7B、6B、5B、4B、3B、2B、B、HB、F、H、2H、3H、4H、5H、6H、7H、8H、9H、10H。10B最软墨最深,10H最硬墨最浅。所以它不是莫氏硬度。
(扯了这么多,其实就想引出今天的话题:硬度。凹死小编了,看在这么辛苦的份上怎么也在文章末尾点一下大拇指吧!)
一、什么是硬度


金属重要的性质之一是硬度。铁钉子可以钉入木头是因为铁比木头硬。将另一物体向某一物体表面压入时,该物体的抵抗能力就是硬度。归结到定义就是材料通过永久塑性变形抵抗外加载荷的强度性能

二、常见的硬度
在硬度检测中,我们经常会看到布氏、洛氏、维氏这些词语。它们是什么意思呢?小编现在慢慢向您说来......
我们知道硬度是当一个物体向某一物体压入时,该物体的抵抗能力。那么科学家们就根据这个原理将测试分为两大类:划痕硬度压入硬度
所谓的划痕硬度,简单来说是用不同硬度的铅笔划待测物体表面

压入硬度是将某种材质、形状的压头以一定的负载和速度压入待测物体,然后根据压痕的面积、大小或者深度来计算。其中压入硬度根据压入速度不一样分为静载压入硬度动载压入硬度(也叫回跳硬度)。
金属硬度大多属于静载压入硬度。
三、常见的压入硬度(布氏、洛氏、维氏)
1
布氏硬度

 
Brinell Hardness
布氏硬度(符号HB)试验方法,在已成公认规格的硬度中,是最早被开发总结出来的一种方法,它促成了其他硬度试验方法的出现。

布氏硬度试验的原理为:压头(钢球或硬质合金球、直径Dmm)施加试验力F,试样打压后,提升压头留下的凹部直径d(mm)中计算出球压头与试样的接触面积S(mm2),除试验力而得出的值。压头为钢球时的符号为HBS、硬质合金球时为HBW。k是常数(1/g= 1/9.80665 = 0.102)。
2
维氏硬度

 
Vickers Hardness
硬度(符号HV)是可以用任意试验力进行试验的应用范围最为广泛的试验方法,特别在9.807N以下的微小硬度领域的应用非常多。

维氏硬度是将试验力F(N)除以标准片与压头之间的接触面积S(mm2)所得的值,该面积根据在试验力F(N)下通过压头(四方锥金刚石,相对面角=136˚)在标准片上形成的压痕的对角线长度d(mm,两个方向长度的平均值)计算。k为常数(1/g=1/9.80665)。

3
努氏硬度

 Knoop Hardness
努氏硬度(符号HK)如以下公式所示,是通过将试验力除以压痕投影面积A (mm2)所计算的值,该面积根据在试验力F通过按压长菱形金刚石压头(相对边角为172˚30和130˚)在标准片上形成的压痕的较长对角线长度d (mm)计算。努氏硬度也可以通过将显微硬度试验机的维氏压头替换为努氏压头来测量。

4
洛氏及表面洛氏硬度  
Rockwell Hardness
洛氏硬度(符号HR)或洛氏表面硬度的测量之前,需先使用金刚石压头(尖端锥角:120˚,尖端半径:0.2mm)或球形压头(钢球或硬质合金球)向标准片施加预加载力,然后施加试验力,并恢复预加载力。

该硬度值由硬度公式得出,该公式以预加载力和试验力之间的压痕深度h(μm)之差表示。洛氏硬度测试使用98.07N的预加载力,洛氏表面硬度测试则使用29.42N的预加载力。结合压头类型、试验力和硬度公式一起提供的特定符号被称为标尺。日本工业标准(JIS)定义了各种相关硬度标尺。

四、硬度之间的关系


对于压入硬度中的布氏、洛氏和维氏硬度来说,经过长期的积累工程师们已经把它和与静强度指标(抗拉强度)建立了经验换算关系。
1.努氏硬度与维氏硬度的换算
(1)以相同硬度的物体对努氏维氏两种压头具有相等的抗力为依据,分别对维氏努氏两种压头在加载荷下的应力进行推导,再根据σHK=σHV得出:HV=0.968HK。本公式是在低载荷下测得,误差比较大。此外在硬度值大于HV900时此公式误差很大,失去参考价值。
(2)经过推导与修正提出努氏硬度与维氏硬度的换算公式为

经实际数据验证,该公式的最大相对换算误差为0.75%,具有较高的参考价值。


2.洛氏硬度与维氏硬度的换算
(1)对Hans?Qvarnstorm提出的The Qvarnstorm换算公式

进行修正后得出洛氏硬度与维氏硬度的换算公式为:

此公式用我国公布的黑色金属硬度标准数据进行换算,其HRC误差基本上在?0.4HRC 范围内,其最大误差也仅士0.9HRC,计算的HV误差最大为?15HV。
(2)根据不同压头所受应力σHRC=σHV,通过对洛氏硬度与维氏硬度压痕深度关系曲线的分析得出公式

本公式与国家标准实验换算值对照,换算式计算结果与标准实验值之误差为?0.1HRC。
(3)根据实际的实验数据利用线性回归的方法对洛氏硬度与维氏硬度的换算进行探讨,得出公式:

本公式使用范围小,误差较大,但计算简便,在对精度要求不高时可以使用。


3.洛氏硬度与布氏硬度的换算
(1)对布氏压痕和洛氏压痕深度关系进行分析,根据压头的应力σHRC=σHB得出换算公式
       
计算结果与国家标准实验值对照,换算式计算结果与标准实验值之误差为?0.1HRC。
(2)根据实际实验数据用线性回归法得到公式

公式误差偏大,使用范围偏小,但计算简便,在对精度要求不高的情况下可以使用。


4.布氏硬度与维氏硬度的换算
布氏硬度与维氏硬度的关系,同样根据σHB=σHV得出公式

此公式换算结果与国家标准换算值对照,换算误差为?2HV。


5.努氏硬度与洛氏硬度的换算
因为努氏硬度与洛氏硬度的对应曲线类似于抛物线,故由曲线得出近似的换算公式为

此公式比较精确,可以作为使用参考。
End
来源:知钢(ID:OuyeelTech),授权转载
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