硬度是評定金屬材料力學(xué)性能最常用的指標(biāo)之一。硬度的實(shí)質(zhì)是材料抵抗另一較硬材料壓入的能力。

硬度檢測是評價(jià)金屬力學(xué)性能最迅速、最經(jīng)濟(jì)、最簡單的一種試驗(yàn)方法。今天鑠思百小編就帶大家一起了解一下金屬材料的硬度測試。

金屬硬度檢測主要有兩類試驗(yàn)方法。一類是靜態(tài)試驗(yàn)方法，這類方法試驗(yàn)力的施加是緩慢而無沖擊的，方法包括布氏、洛氏、維氏、努氏、韋氏、巴氏等。

其中布、洛、維三種試驗(yàn)方法是應(yīng)用最廣的，它們是金屬硬度檢測的主要試驗(yàn)方法。另一類試驗(yàn)方法是動態(tài)試驗(yàn)法，這類方法試驗(yàn)力的施加是動態(tài)的和沖擊性的。

這里包括肖氏和里氏硬度試驗(yàn)法。動態(tài)試驗(yàn)法主要用于大型的，不可移動工件的硬度檢測。

下面介紹幾種常用的硬度指標(biāo)：布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。

一、布氏硬度

以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時(shí)間，去載后，負(fù)荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值(HB)，單位為公斤力/mm2(N/mm2)。原理詳見下圖：

布氏硬度試驗(yàn)范圍上限為650HBW。布氏硬度的符號及表示方法：HBS或HBW之前的數(shù)字為硬度值，HBS表示壓頭為淬硬鋼球，用于測定布氏硬度值在450以下的材料，如軟鋼、灰鑄鐵和有色金屬等。

HBW表示壓頭為硬質(zhì)合金，用于測定布氏硬度值在650以下的樹料。后面按順序用數(shù)字表示試驗(yàn)條件：

①壓頭的球體直徑；

②試驗(yàn)載荷；

③試驗(yàn)載荷保持的時(shí)間(10～15s不標(biāo)注)。

例如170HBS10/1000/30表示用直徑10mm的鋼球，在9807N(1000kgf)的試驗(yàn)載荷作用下，保持30s時(shí)測得的布氏硬度值為170。

530HBW5/750表示用直徑5mm的硬質(zhì)合金球，在7355N(750kgf)的試驗(yàn)載荷作用下，保持10～15s時(shí)測得的布氏硬度值為530。

優(yōu)點(diǎn)：由于鋼球直徑較大，在金屬表面上留下的壓痕也較大，故測得的硬度值比較準(zhǔn)確。布氏硬度值和抗拉強(qiáng)度之間有一定的關(guān)系，因此可按布氏硬度值近似確定金屬材料的抗拉強(qiáng)度。

如被試金屬硬度過高，將影響硬度值的準(zhǔn)確性，所以布氏硬度試驗(yàn)一般適于測定布氏硬度值小于650的金屬材料。

缺點(diǎn)：壓痕較大，故不宜測定成品及薄片材料。

常用測試標(biāo)準(zhǔn)：

二、洛氏硬度

當(dāng)HB>450或者試樣過小時(shí)，不能采用布氏硬度試驗(yàn)而改用洛氏硬度計(jì)量。它是用一個(gè)頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。原理詳見下圖：

根據(jù)試驗(yàn)材料硬度的不同，分三種不同的標(biāo)度來表示：

HRA：是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料（如硬質(zhì)合金等）。

HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料（如退火鋼、鑄鐵等）。

HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火鋼等）。

三、維氏硬度

維氏硬度測定原理和方法與布氏硬度基本相同，也是根據(jù)單位壓痕表面積上所承受的載荷大小來定義硬度值。不同的是測定維氏硬度所用壓頭為金剛石制成的四方錐體，兩相對面夾角a為136°，所加載荷較小。

測定維氏硬度時(shí)，也是以一定載荷的力將壓頭壓入試樣表面，保持一定時(shí)間后卸載，試樣表面留下壓痕，如下圖所示：

與布氏硬度一樣，維氏硬度也不標(biāo)注單位。

當(dāng)載荷一定時(shí)，即可根據(jù)d值，求出HV。測定壓痕兩對角線長度的平均值后查表求HV時(shí)，注意載荷單位。

維氏硬度的表示方法與布氏相同，例如640HV30/20前面數(shù)值為硬度值，后面數(shù)字依次為所加載荷和時(shí)間。

根據(jù)材料的軟硬、厚薄及所測部位的特性不同，需要在不同試驗(yàn)力范圍內(nèi)測定維氏硬度。詳見下圖：

維氏硬度與布氏硬度及洛氏硬度試驗(yàn)相比，維氏硬度試驗(yàn)具有很多優(yōu)點(diǎn)。因采用壓頭為四棱錐體，當(dāng)載荷改變時(shí)，壓力角恒定不變，因此，載荷可任意選擇，不存在布氏硬度試驗(yàn)中載荷F與球體直徑D之間關(guān)系的約束。

由于壓痕清晰，對角線長度計(jì)量精確可靠。此外，維氏硬度測量范圍較寬，軟硬材料都可以測試。

維氏硬度也不存在洛氏硬度那樣不同標(biāo)尺的硬度無法統(tǒng)一的問題。維氏硬度試驗(yàn)的缺點(diǎn)是硬度測定麻煩，工作效率比洛氏硬度低，不適于成批生產(chǎn)中的常規(guī)檢驗(yàn)。

由于維氏硬度與布氏硬度的測定原理相同，在材料硬度小于450HV時(shí)，維氏硬度值與布氏硬度值大致相同。

鑠思百小編的小結(jié)：硬度檢測的主要目的就是測定材料的適用性，或材料為使用目的所進(jìn)行的特殊硬化或軟化處理的效果。

對于被檢測材料而言，硬度是代表著在一定壓頭和試驗(yàn)力作用下所反映出的彈性、塑性、強(qiáng)度、韌性及磨損抗力等多種物理量的綜合性能。由于通過硬度試驗(yàn)可以反映金屬材料在不同的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和熱處理工藝條件下性能的差異，因此硬度試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于金屬性能的檢驗(yàn)、監(jiān)督熱處理工藝質(zhì)量和新材料的研制。