一文看懂硬度測試

硬度是衡量材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。通常，材料越硬，其耐磨性越好，比如 齒輪等機械零部件會要求有一定的硬度，以保證足夠的耐磨性和使用壽命。

硬度的類型

如上圖，硬度原來有這么多種類型...今天為您介紹一下金屬硬度中常見的、實用的 壓痕硬度試驗。

硬度測試 ----

材料的硬度測試大致有三類方法：

1、壓入法，主要有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度。

2、回跳式，主要有肖氏硬度、邵氏硬度、理氏硬度。

3、刻劃法，如莫氏硬度。

布氏硬度通常用于測定鑄鐵、非鐵4102金屬、低合金結(jié)構(gòu)鋼及結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)件等。洛氏硬度理論上可用于各種材料硬度的測試，但因用不同的硬度等級測得的硬度值無法比較，故常用于淬火鋼的硬度測試。維氏硬度常用于表面淬火時硬化層深度和化學熱處理（如滲氮）件表面硬度測試。肖氏硬度和理氏硬度常用于測試經(jīng)精加工零件的表面硬度，如機床淬火權(quán)導(dǎo)軌等。莫氏硬度是一種劃痕硬度，主要用于無機非金屬材料，特別是礦物的硬度測試。

硬度的定義

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布氏硬度

Brinell Hardness

布氏硬度（符號HB）試驗方法，在已成公認規(guī)格的硬度中，是最早被開發(fā)總結(jié)出來的一種方法，它促成了其他硬度試驗方法的出現(xiàn)。

布氏硬度試驗的原理為：壓頭(鋼球或硬質(zhì)合金球、直徑Dmm)施加試驗力F，試樣打壓后，提升壓頭留下的凹部直徑d(mm)中計算出球壓頭與試樣的接觸面積S(mm2)，除試驗力而得出的值。壓頭為鋼球時的符號為HBS、硬質(zhì)合金球時為HBW。k是常數(shù)(1/g= 1/9.80665 = 0.102)。

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維氏硬度

Vickers Hardness

維氏硬度（符號HV）是可以用任意試驗力進行試驗的應(yīng)用范圍最為廣泛的試驗方法，特別在9.807N以下的微小硬度領(lǐng)域的應(yīng)用非常多。

維氏硬度是將試驗力F(N)除以標準片與壓頭之間的接觸面積S(mm2)所得的值，該面積根據(jù)在試驗力F(N)下通過壓頭(四方錐金剛石，相對面角=136?)在標準片上形成的壓痕的對角線長度d(mm，兩個方向長度的平均值)計算。k為常數(shù)(1/g=1/9.80665)。

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努氏硬度

Knoop Hardness

努氏硬度（符號HK） 如以下公式所示，是通過將試驗力除以壓痕投影面積A (mm2)所計算的值，該面積根據(jù)在試驗力F通過按壓長菱形金剛石壓頭(相對邊角為172?30'和130?)在標準片上形成的壓痕的較長對角線長度d (mm)計算。努氏硬度也可以通過將顯微硬度試驗機的維氏壓頭替換為努氏壓頭來測量。

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洛氏及表面洛氏硬度

Rockwell Hardness

洛氏硬度（符號 HR）或洛氏表面硬度的測量之前，需先使用金剛石壓頭(尖端錐角：120?，尖端半徑：0.2mm)或球形壓頭(鋼球或硬質(zhì)合金球)向標準片施加預(yù)加載力，然后施加試驗力，并恢復(fù)預(yù)加載力。

該硬度值由硬度公式得出，該公式以預(yù)加載力和試驗力之間的壓痕深度h(μm)之差表示。洛氏硬度測試使用98.07N的預(yù)加載力，洛氏表面硬度測試則使用29.42N的預(yù)加載力。結(jié)合壓頭類型、試驗力和硬度公式一起提供的特定符號被稱為標尺。日本工業(yè)標準(JIS)定義了各種相關(guān)硬度標尺。

硬度試驗機操作比較簡單迅速， 可直接在原材料或零件表面上測試，因此被廣泛應(yīng)用。

硬度試驗機陣容

顯微維氏硬度試驗機 HM系列

維氏硬度試驗機 HV系列

洛氏硬度試驗機 HR系列

便攜式里氏硬度計 HH系列

硬度試驗方法的選擇指南，供您參考：

硬度選擇指南

硬度選擇換算

1.努氏硬度與維氏硬度的換算

(1)以相同硬度的物體對努氏維氏兩種壓頭具有相等的抗力為依據(jù)，分別對維氏努氏兩種壓頭在加載荷下的應(yīng)力進行推導(dǎo)，再根據(jù)σ H K=σ HV 得出：HV=0.968HK。本公式是在低載荷下測得，誤差比較大。此外在硬度值大于HV900時此公式誤差很大，失去參考價值。

(2)經(jīng)過推導(dǎo)與修正提出努氏硬度與維氏硬度的換算公式為

經(jīng)實際數(shù)據(jù)驗證，該公式的最大相對換算誤差為0.75%，具有較高的參考價值。

2.洛氏硬度與維氏硬度的換算

(1)對Hans·Qvarnstorm提出的The Qvarnstorm換算公式

進行修正后得出洛氏硬度與維氏硬度的換算公式為：

此公式用我國公布的黑色金屬硬度標準數(shù)據(jù)進行換算，其HRC誤差基本上在±0.4HRC 范圍內(nèi)，其最大誤差也僅士0.9HRC，計算的HV誤差最大為±15HV。

(2)根據(jù)不同壓頭所受應(yīng)力σ HRC =σ HV ，通過對洛氏硬度與維氏硬度壓痕深度關(guān)系曲線的分析得出公式

本公式與國家標準實驗換算值對照,換算式計算結(jié)果與標準實驗值之誤差為±0.1HRC。

(3)根據(jù)實際的實驗數(shù)據(jù)利用線性回歸的方法對洛氏硬度與維氏硬度的換算進行探討，得出公式：

本公式使用范圍小，誤差較大，但計算簡便，在對精度要求不高時可以使用。

3.洛氏硬度與布氏硬度的換算

(1)對布氏壓痕和洛氏壓痕深度關(guān)系進行分析，根據(jù)壓頭的應(yīng)力σ HRC =σ HB 得出換算公式

計算結(jié)果與國家標準實驗值對照，換算式計算結(jié)果與標準實驗值之誤差為±0.1HRC。

(2)根據(jù)實際實驗數(shù)據(jù)用線性回歸法得到公式

公式誤差偏大，使用范圍偏小，但計算簡便，在對精度要求不高的情況下可以使用。

4.布氏硬度與維氏硬度的換算

布氏硬度與維氏硬度的關(guān)系，同樣根據(jù)σ HB =σ HV 得出公式

此公式換算結(jié)果與國家標準換算值對照，換算誤差為±2HV。

5.努氏硬度與洛氏硬度的換算

因為努氏硬度與洛氏硬度的對應(yīng)曲線類似于拋物線，故由曲線得出近似的換算公式為

常用HV=HB=HRC硬度對照表

HRC/HB近似換算小竅門
硬度高于20HRC ，1HRC≈10HB，
硬度低于20HRC，1HRC≈11.5HB。
備注：對于切削加工，基本可統(tǒng)一換算1HRC≈10HB（工件材料硬度有波動范圍）

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