前言：

    材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度。硬度能綜合反映材料的強(qiáng)度等其他力學(xué)性能；硬度與耐磨性具有直接關(guān)系，硬度越高，耐磨性越好，所以硬度測量應(yīng)用極為廣泛。其測量可采用壓入法、加彈法、劃痕法等測量方法。生產(chǎn)中常用壓入法（有布氏硬度法、洛氏硬度法、維氏硬度法等）。

布氏硬度計(jì)	洛氏硬度計(jì)	維氏硬度計(jì)

1、布氏硬度：HB（Brinell-hardness )（HBS、HBW ）

1.1 布氏硬度測量原理[1]：

    采用直徑為D的球形壓頭，以相應(yīng)的試驗(yàn)力F壓入材料的表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用讀數(shù)顯微鏡測量殘余壓痕平均直徑d，用球冠形壓痕單位表面積上所受的壓力表示硬度值。實(shí)際測量可通過測出d值后查表獲得硬度值。

    HBS——表示用淬火鋼球壓頭測量的布氏硬度值。適用范圍：小于450；   

    HBW——表示用硬質(zhì)合金壓頭測量的布氏硬度值。適用范圍：450~650

布氏硬度的測量原理

1.2布氏硬度表示方法：

    符號(hào)HBS或HBW之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。

    如:120HBS10/1000/30表示直徑為10mm的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷作用下保持30s測得的布氏硬度值為120。

1.3 布氏硬度特點(diǎn)：

    優(yōu)點(diǎn)：測量數(shù)值穩(wěn)定，準(zhǔn)確，能較真實(shí)地反映材料的平均硬度；

    缺點(diǎn)：壓痕較大，操作慢，不適用批量生產(chǎn)的成品件和薄形件。

1.4 布氏硬度測量范圍：

    用于原材料與半成品硬度測量，可用于測量鑄鐵；非鐵金屬（有色金屬）、硬度較低的鋼（如退火、正火、調(diào)質(zhì)處理的鋼）。

2、洛氏硬度：HR（Rockwll hardnes）

2.1洛氏硬度測量原理[2]：

    用金剛石圓錐或淬火鋼球壓頭，在試驗(yàn)壓力F 的作用下，將壓頭壓入材料表面，保持規(guī)定時(shí)間后，去除主試驗(yàn)力，保持初始試驗(yàn)力，用殘余壓痕深度增量計(jì)算硬度值，實(shí)際測量時(shí)，可通過試驗(yàn)機(jī)的表盤直接讀出洛氏硬度的數(shù)值。

HR = N - h/S

                                               N——常數(shù)，金剛石壓頭取值100，球形壓頭取值130 

                                               h——卸除主試驗(yàn)力，在初試驗(yàn)力下壓痕殘留的深度

                                               S——給定標(biāo)尺的單位

洛氏硬度測量原理

2.2洛氏硬度測量條件：

    洛氏硬度可以測量從軟到硬較大范圍的硬度值，根據(jù)被測對(duì)象硬度值大小不同，可用不同的壓頭和試驗(yàn)力，如下表。

2.3 洛氏硬度特點(diǎn)：

    優(yōu)點(diǎn)：測量迅速、簡便、壓痕小、硬度測量范圍大 ，   

    缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、重復(fù)性不如布氏硬度。

2.4 洛氏硬度測量范圍：

    可用于成品和薄件，但不宜測量組織粗大不均勻的材料（如上表所示）。

3、維氏硬度：HV（diamond penetrator hardness） 

3.1維氏硬度測量原理[3]：

    與布氏硬度相似。采用相對(duì)面夾角為136o金剛石正四棱錐壓頭，以規(guī)定的試驗(yàn)力F壓入材料的表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用正四棱錐壓痕單位表面積上所受的平均壓力表示硬度值。                                      

    HV = 常數(shù)×試驗(yàn)力/壓痕表面積 ≈0.1891 F／d2 

    式中：HV——維氏硬度符號(hào)；

　　      F——試驗(yàn)力，N；

　　      d——壓痕兩對(duì)角線d1、d2的算術(shù)平均值，mm；

維氏硬度測量原理

3.2維氏硬度的表示方法：

    維氏硬度表示為HV，維氏硬度符號(hào)HV前面的數(shù)值為硬度值，后面為試驗(yàn)力值。標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)保持時(shí)間為10～15S。如果選用的時(shí)間超出這一范圍，在力值后面還要注上保持時(shí)間為10～15S。如果選用的時(shí)間超出這一范圍，在力值后面還要注上保持時(shí)間。例如：

    600HV30—表示采用294.2N（30kg）的試驗(yàn)力，保持時(shí)間10～15S時(shí)得到的硬度值為600。

    600HV30/20—表示采用294.2N（30kg）的試驗(yàn)力，保持時(shí)間20S時(shí)得到的硬度值為600。

3.3 維氏硬度試驗(yàn)的特點(diǎn)

    優(yōu)點(diǎn)：維氏硬度試驗(yàn)的壓痕是正方形，輕廓清晰，對(duì)角線測量準(zhǔn)確，因此，維氏硬度試驗(yàn)是常用硬度試驗(yàn)方法中精度最高的，同時(shí)它的重復(fù)性也很好，這一點(diǎn)比布氏硬度計(jì)優(yōu)越。

    維氏硬度試驗(yàn)測量范圍寬廣，可以測量目前工業(yè)上所用到的幾乎全部金屬材料，從很軟的材料（幾個(gè)維氏硬度單位）到很硬的材料（3000個(gè)維氏硬度單位）都可測量。

    維氏硬度試驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)在于其硬度值與試驗(yàn)力的大小無關(guān)，只要是硬度均勻的材料，可以任意選擇試驗(yàn)力，其硬度值不變。這就相當(dāng)于在一個(gè)很寬廣的硬度范圍內(nèi)具有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)尺。這一點(diǎn)又比洛氏硬度試驗(yàn)來得優(yōu)越。

    在中、低硬度值范圍內(nèi)，在同一均勻材料上，維氏硬度試驗(yàn)和布氏硬度試驗(yàn)結(jié)果會(huì)得到近似的硬度值。例如，當(dāng)硬度值為400以下時(shí)，HV≈HB，如圖3-2所示。

    維氏硬度試驗(yàn)的試驗(yàn)力可以小到10gf，壓痕非常小，特別適合測試薄小材料。

    缺點(diǎn)：維氏硬度試驗(yàn)效率低，要求較高的試驗(yàn)技術(shù)，對(duì)于試樣表面的光潔度要求較高，通常需要制作專門的試樣，操作麻煩費(fèi)時(shí)，通常只在實(shí)驗(yàn)室中使用。

3.4 維氏硬度計(jì)的應(yīng)用

    維氏硬度試驗(yàn)主要用于材料研究和科學(xué)試驗(yàn)方面小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)主要用于測試小型精密零件的硬度，表面硬化層硬度和有效硬化層深度，鍍層的表面硬度，薄片材料和細(xì)線材的硬度，刀刃附近的硬度，牙科材料的硬度等，由于試驗(yàn)力很小，壓痕也很小，試樣外觀和使用性能都可以不受影響。顯微維氏硬氏試驗(yàn)主要用于金屬學(xué)和金相學(xué)研究。用于測定金屬組織中各組成相的硬度，用于研究難熔化合物脆性等。顯微維氏硬度試驗(yàn)還用于極小或極薄零件的測試，零件厚度可薄至３μm。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 231.1-2009  金屬材料 布氏硬度試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法

[2] GB/T 230.1-2009  金屬材料洛氏硬度試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標(biāo)尺)

[3] GB/T 4340.1-2009 金屬材料 維氏硬度試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法

*** 報(bào)告結(jié)束 ***

作者簡介：

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