常见硬度测试方法有哪几种 三种硬度测试法

大家好我是机械小欧，每天在头条分享机械知识。今天给大家分享一下金属的力学性能--硬度

硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标，也是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形，压痕或划痕的能力。

硬度测定方法有压入法、划痕法、回弹高度法等。其中压入法的应用最为普遍。即在规定的静态试验力作用下，将一定的压头压人金属材料表面层，然后根据压痕的面积大小或深度测定其硬度值。这种评定方法称为压痕硬度。在压人法中、根据载荷、压头和表示方法的不同，常用的硬度测试方法有布氏硬度(原标准为 HBS 成 HBW,新标准均为HBW)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC等)和维氏硬度(HV)。

(一)布氏硬度

布氏硬度的试验原理是用一定直径的硬质合金球、以相应的试验力压人试样表面，经规定的保持时间后、卸除试验力，测量试样表面的压痕直径d，然后根据压痕直径d 计算其硬度值的方法，如图2-4所示。布氏硬度是用球面压痕单位表面积上所承受的平均压力表示的。目前试验标准GB/T231.1-2002用符号HBW表示。标准规定试验范围上限为650HBW。布氏硬度值的计算式为

式中 F--试验力(N);

D-压头的直径(mm);

d--压痕直径(mm)。

式中，只有d是变数，因此，试验时只要测量出压痕直径d(mm)，可通过计算或查布氏硬度表即可得出 HBW 值。布氏硬度计算值一般都不标出单位，只写明硬度的数值。

由于金属材料有硬有软，工件有厚有薄，在进行布氏硬度试验时，压头直径 D(有10mm，5mm，2.5mm、Imm四种)、试验力F和保持时间应根据被测金属种类和厚度正确地进行选择。

在进行布氏硬度试验时，试验力的选择应保证压痕直径d在(0.24-0.6)D之间。试验力F(N)与球压头直径D(mm)的平方的比率(0.102F/D平方比值)应为30、15、10、5、2.5、1之中的某一个，而且应根据被检测材料及其硬度值合理选择。

布氏硬度的标注方法是，测定的硬度值应标注在硬度符号 HBW的前面。除了保持时间为10~15s的试验条件外，在其他条件下测得的硬度值，均应在硬度符号后面用相应的数字注明压头直径、试验力大小和试验力保持时间。例如：

150HBW10/1000/30表示用直径为10mm的硬质合金球，在1000kg(9.087KN)试验力作用下，保持 30s 测得的布氏硬度值为150

500HBW5/750表示用直径为5 mm的硬质合金球，在750kg(7.355KN)试验力作用下保持10-15S测得的布氏硬度值。 一般试验力保持时间是10-15S时，会省略不标。

布氏硬度的特点是：试验时金属材料表面压痕大；能在较大范围内反映材料的平均硬度，测得的硬度值比较准确，数据重复性强。但由于其压痕大，对金属表面的损伤较大，不宜测定太小或太薄的试样。

（二）洛氏硬度

洛氏硬度试验原理是以锥角为 120°的金刚石圆锥体或直径为 1.588mm 的淬火钢球，压入试样表面，如图 2-5 所示，试验时，先加初试验力，然后加主试验力，压人试样表面之后，去除主试验力，在保留初试验力的情况下，根据试样残余压痕深度增量来衡量试样的硬度大小。

在图 2-5 中，0-0 位置为金刚石压头还没有和试样接触时的原始位置。当加上初试验力 Fo后，压头压入试样中，深度为 ho，处于 1-1 位置。再加主试验力 F1，使压头又压人试样的深度为 h1，即图中2-2 位置。然后去除主试验力，保持初试验力，压头因材料的弹性恢复到图中 3-3 位置。图中所示 e值，称为残余压痕深度增量，对于洛氏硬度试验，单位为 0.002mm。标尺刻度满量程k 与e值之差，称为洛氏硬度值。分为 A、B、C三个标尺。其公式为

HR=k-e=k-压痕深度/0.002

式中，压痕深度的单位为 mm。

对于使用金刚石圆锥压头进行的试验，其标尺刻度量程为 100，洛氏硬度值为 100－e.

对于使用淬火钢球压头进行的试验，其标尺刻度量程为 130，洛氏硬度值为 130—e。

洛氏硬度的标注方法根据试验时选用的压头类型和试验力大小的不同分别采用不同的标尺进行标注。根据 GB/ T 230.1—2004 的规定，硬度数值写在符号的前面，HR 后面写使用的标尺，如 50HRC 表示用“C”标尺测定的洛氏硬度值为 50。

洛氏硬度试验是生产中广泛应用的一种硬度试验方法。其特点是：硬度试验压痕小，对试样表面损伤小，常用来直接检验成品或半成品的硬度，尤其是经过淬火处理的零件，常采用洛氏硬度计进行测试；试验操作简便，可以直接从试验机上显示出硬度值，省去了繁琐的测量、计算和查表等工作。但是，由于压痕小，硬度值的准确性不如布氏硬度，数据重复性差。因此，在测试洛氏硬度时，要选取不同位置的三个测试点测出硬度值，再计算三个测试

点硬度的平均值作为被测材料的硬度值。

（三）维氏硬度

布氏硬度试验不适合测定硬度较高的材料。洛氏硬度试验虽可用来测定各种金属材料的硬度，但由于采用了不同的压头、总试验力和标尺，其硬度值之间彼此没有联系，也不能直接互相换算。因此，为了从软到硬对各种金属材料进行连续性的硬度标定，人们制定了维氏硬度试验法。

维氏硬度的测定原理与布氏硬度基本相似。如图 2-6 所示，将相对面夹角为 136°的正四棱锥体金刚石做为压头，试验时，在规定的试验力 F(49.03～980.7N）作用下，压人试样表面，经规定保持时间后，去除试验力，则试样表面上压出一个四方锥形的压痕，测量压痕两对角线 d 的平均长度，可计算出其硬度值。维氏硬度是用正四棱锥形压痕单位表面积上承受的平均压力表示的硬度值。用符号HV 表示，计算式为

HV= 0.1891F/d（平方）

式中F——试验力（N);

d——压痕两条对角线长度算术平均值（mm)。

% 试验时，用测微计测出压痕的对角线长度，算出两对角线长度的平均值后，查 GB/T 4340.1-1999 附表就可得出维氏硬度值。

维氏硬度的测量范围为5～1000HV。标注方法与布氏硬度相同。硬度数值写在符号的前面，试验条件写在符号的后面。对于钢和铸铁若试验力保持时间为 10 -15s时，可以不标出。例如：

640HV30 表示用 30kgf(294.2N）试验力，保持 10～15s测定的维氏硬值为640。

640HV30 /20 表示用 30kgf(294.2N)试验力，保持20s 测定的维氏硬度值为 640。

维氏硬度适用范围宽，从很软的材料到很硬的材料都可以测量，尤其适用于零件表面层硬度的测量，如化学热处理的渗层硬度测量，其测量结果精确可靠。但测取维氏硬度值时，需要测量对角线长度，然后查表或计算，而且进行维氏硬度测试时，对试样表面的质量要求高，测量效率较低，因此，维氏硬度没有洛氏硬度使用方便。

（四)硬度试验的应用

硬度试验和拉伸试验都是在静载荷下测定材料力学性能的方法。硬度试验时，由于基本上不损伤试样，试验简便迅速，不需要制作专门试样，而且可以直接在工件上进行测试，因此，在生产中被广泛地应用。而拉伸试验虽能准确地测出材料的强度和塑性，但它属于破坏性试验，因而在生产中不如硬度试验应用广泛。同时，硬度是一项综合力学性能指标，从金属表面的局部压痕也可以反映出材料的强度和塑性。因此，在零件图上常常标注出各种硬度指标，作为技术要求。同时，硬度值的高低，对于机械零件的耐磨性也有直接影响，钢的硬值越高，其耐磨性亦越高。

三种硬度测量方法适用范围各不相同，布氏硬度检测一些常规的原材料数值准确稳定使用方便，缺点压痕大。洛氏硬度压痕小，缺点数值不准确。维氏硬度适用各种场合。

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