材材料料的的物物理理特特性性 -硬硬度度硬度是指材料抵抗硬物体压入其表面的能力，是一项重要的力学性能指标硬度值大小取决于材料的性质、成分和显微组织，一般材料的硬度越高，耐磨性和抗压性越好常见的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、邵氏硬度、回跳硬度（又称肖氏硬度）和显微硬度等硬度测试硬度测试硬度测试是指用一定的形状和尺寸的较硬物体（压头）以一定压力载荷接触材料表面，当载荷撤除后，通过测量物体表面存留的压痕尺寸，即可得到被测材料在该测试条件下的硬度注通常压力载荷大于 9.81N（1kgf）时测试的硬度叫宏观硬度，压力载荷小于9.81N（1kgf）时测试的硬度叫微观硬度（又称为显微硬度） 宏观硬度常用于较大尺寸材料的硬度测试；微观硬度常用于较小或较薄的材料的硬度测试根据测试方法的不同，硬度测试又可分静态法和动态法两类，静态法中常用的为布氏硬度﹑洛氏硬度、维氏硬度、邵氏硬度和显微硬度测试，动态法为回跳硬度测试 注：硬度测试的方法很多，不同的测试方法得到的硬度值并不相同即使测试方法相同，在不同的试验条件下，得到的硬度值也是不一样的因此，在表示和比较材料的硬度时，必须注意使用的测试方法以及试验条件。
布氏硬度（Brinell Hardness）测试方法：以一定的载荷把一定大小的硬质小球压入被测材料表面，保持一段时间，除去载荷后，由负荷与压痕面积的比值，求出材料的布氏硬度值(HB)式中：P 为载荷（Kgf） ；D 为钢球直径（mm） ；h 为压痕深度（mm） ；d 为压痕直径（mm）布氏硬度的测试方法有 HBS 和HBW 两种压头为钢球时用 HBS，适用于布氏硬度值在 450 以下的材料；压头为硬质合式中：P 为载荷（Kg） ；D 为钢球直径（mm） ；h 为 压痕深度（mm） ；d 为压痕直径（mm） 金球时用 HBW，适用于布氏硬度值在 650 以下的材料符号 HBS 或 HBW 之前为硬度值，符号后面为试验条件，按以下顺序用数值表示：球体直径 D(mm)；试验力 P(kgf)；试验力保持时间 t（s） ，(t 为 10～15s 不标注)当试验条件为 D=10mm，P=3000kgf，t=10～15s，即标准实验条件时，可略去不写例 1：H=120HBS10/1000/30 表示用直径 10mm 的钢球在 1000kgf 试验力作用下，保持 30s测定的布氏硬度值为 120例 2：H=120HBS 表示用直径 10mm 钢球在 3000kgf 试验力作用下，保持 10～15s 测试的布氏硬度值为 120。
洛氏硬度（Rockwell Hardness）测试方法：用一个顶角 120°的金刚石圆锥体或直径 1/16“(1.5875mm)、1/8“(3.175mm)的钢球， ，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料洛氏硬度值(HB) 注 注：洛氏硬度为一个数值，无单位，式中， t为压痕深度(mm)，t = h1-h2 图 1 图 2 图3图 1，压头在预载荷 P0(98.1N)作用下压入试件，深度为 h0图 2，加主载荷 P1 后，压头在总载荷 P= P0+ P1 的作用下压入试件的位置 h1图 3，去除主载荷 P1 后，此时压头受主载荷 P 作用实际压入的深度为 t= h1- h0当 HB>450 或者试样过小时，通常采用洛氏硬度测试根据被测量材料的硬度和厚度不同，可采用 A、B、C……G、H、K 等 9 种洛氏硬度标尺下表为各标尺的压头类型和总试验力标尺压头预压力载荷 P0/kgf主压力载荷 P1/kgf总压力载荷 P/kgfE 取值A金刚石圆锥105060100B1/16“ 钢珠1090100130C金刚石圆锥10140150100D金刚石圆锥1090100100E1/8“钢珠1090100130F1/16“钢珠105060130G1/16“钢珠10140150130H1/8“钢珠105060130K1/8“钢珠10140150130L1/4“钢珠105060130M1/4“钢珠1090100130P1/4“钢珠10140150130R1/2“钢珠105060130S1/2“钢珠1090100130V1/2“钢珠10140150130最常用的标尺是A、B、C，用符号HRA、HRB、HRC表示。
例1：H=50HRC表示用C标尺测试的洛氏硬度值为50被试材料越薄或所测表面硬层越薄，选用试验力越小的标尺维氏硬度（Vickers Hardness）测量方法：用顶角为136°的金刚石方锥以100kg以内的载荷压入被测材料表面，保持一段时间后，除去载荷后，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，求出材料维氏硬度值（HV） 计算公式如下：式中：HV：维氏硬度值，单位Kgf/mm2P： 指定载荷(g)α： 金刚石方形锥顶角，一般为136°d： 压痕两对角线长度的算术平均值（mm）式中，HV：维氏硬度值，单位Kgf/mm2P： 指定载荷(g)α：金刚石方形锥顶角，一般为136°d：压痕两对角线长度的算术平均值（mm）HV后面的数字表示试验条件：(1)试验力P(kgf)；(2)试验力保持时间t(10～15s不标注)例1：H=680HV30表示用30kgf试验力，保持10～15s测试的维氏硬度值为680例2：H=620HV30/30表示用30kgf试验力，保持30s测试的维氏硬度值为620邵氏硬度（Shore Hardness）测量方法：将一定形状的压头，在试验力作用下垂直压入试样表面，当压足表面与试样表面完全贴合时，压头尖端相对压足平面有一定的伸出长度L（如左图） 。
以L值的大小来表征邵氏硬度的大小，L值越大，表示邵氏硬度越低，反之硬度越高根据压头类型的不同注：，邵氏硬度可以分为HA，HC，HD等HA用于表征软质橡胶的硬度，HD用于表征半硬和硬质橡胶的硬度，最为常用邵氏硬度的测量值HA一般在30-95之间当HA大于90时，应选用HD右表简单的表示了HA，HD与HRM之间的关系例1：H=25HA，25为邵氏硬度值，A为用A型硬度计所测例2：H=51HD，51为邵氏硬度值，D为用D型硬度计所测注：邵氏硬度的最大值为100，两种常用的压头如下图：HAHDHRM304050156070308090451005574078328263869590125例 1：H=25HSA，25 为邵氏硬度值， A 为用 A 型硬度计所测例 2：H=51HSD，51 为邵氏硬度值， D 为用 D 型硬度计所测邵氏压头A 邵氏压头D 回跳硬度（Scleroscope Hardness）测量方法：用重量为1/12盎司力(约合0.0232牛顿)的带有金刚石圆头或钢球的小锤﹐从一定高度h0自由下落到被测材料表面因材料的弹性变形使其回跳到某高度h，用两个高度的比值计算肖氏硬度值： HS=Kh/h0 式中，HS为肖氏硬度，K为一个常数，与采用的测量仪器有关。
显微硬度（Microhardness）显微硬度主要用于测量其他硬度测试方法无法测试的小件材料、合金表面、金属氧化层、夹杂、镀层等的硬度还可以进行经表面处理后金属的硬化层（氮化层、渗碳层等）深度的测试与分析或者是用来测量各种显微结构的硬度显微硬度所用的载荷很小，大致在100gf-500gf范围，所用的压头有两种：一种是维氏压头，和宏观的维氏硬度压头—样，只是在金刚石四方锥的制造上和测量上要更加严格；另一种是努氏压头(Knoop Indenter)，它是一菱形的金刚锥体在纵向上锥体的顶角为，横向上锥体的顶角为130°，压痕的长短对角线长度之比约7：1，压痕的深度约为其长度的1/30中国和欧洲各国采用维氏硬度，美国则采用努氏硬度在相同的对角线长度下(努氏压痕以长对角线计)，努氏压痕的深度与面积只有维氏压痕的15%，适合测量薄层，例如电镀层的硬度而在测量脆性材料如玻璃，陶瓷的硬度时，在压痕周围不容易碎裂下表中是几种常见硬度测试方法的比较：布氏硬度洛氏硬度维氏硬度邵氏硬度回跳硬度显微硬度压头类型硬质小球钢球/金刚石圆锥顶角 136º 金刚石方锥圆锥/圆台带金刚石圆头/钢球的小锤金刚石锥体压痕面积大小较小小小压力载荷3000KgfF0：10Kgf5-100Kgf不超过 44.5N0.0232N1Kgf 以内度量值压痕面积压入深度压痕面积压入深度反弹高度压痕面积硬度单位Kgf/mm2无Kgf/mm2无无MPa测量精度较高较低高较低高测量对象软质金属金属及塑胶各硬度金属及成品检测用于测量橡胶等材料大体积金属零部件合金表面，磨料等优点测量精确，测量结果不受材料表面状态的影响测量范围广，不损伤表面，测试效率高测量范围广，硬度统一，可测薄层材料，测量精确测量简便，速度快，压痕小（努氏）可测量其他方法无法测试的微小材料，压痕小缺点破坏性测试，压痕明显，不适合测试硬度高、弹性大和薄层材料结果不准确，各类压头对应硬度不统一，不适合测试薄层材料生产效率较低，硬度数值的计算需要查表，较为繁琐精度较低，重复性差，硬度只能在弹性模量相同的材料之间进行比较测试方法较烦琐本文中提到的测试方法，参考标准如下：ASTM E10 金属材料布氏硬度的标准测试方法Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic MaterialsASTM E18-2003 金属材料的洛氏硬度和洛氏表面硬度的标准测试方法Standard Test Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic MaterialsASTM E92 金属材料维氏硬度的标准测试方法Standard Test Method for Vickers Hardness of Metallic MaterialsASTM D 2240 橡胶特性的标准试验方法.邵氏硬度Standard Test Method for Rubber Property—Durometer HardnessASTM E448-82(2002) 金属材料的回跳硬度试验Standard Practice for Scleroscope Hardness Testing of Metallic MaterialsASTM E384-89 材料显微硬度的标准测试方法Standard Test Method for Microhardness of Materials[R]附表：常见硬度的换算布氏硬度(HB)10mm 3000kgf洛氏硬度(HR)标准球碳化钨球维 氏 硬 度(HV)HRA60kgf 金刚石圆锥HRB 100kgf 钢球Ø1/16inchHRC100kgf 金刚石圆锥 HRD150kgf 金刚石圆锥肖 氏 硬 度(HS)--94085.6-68.076.997--92085.3-67.576.596--90085.0-67.076.195-(767)88084.7-66.475.793-(757)86084.4-65.975.392-(745)84084.1-65.374.891-(733)82083.8-64.774.390-(722)80083.4-64.073.888-(712)-------(710)78083.0-63.373.387-(698)76082.6-62.572.686-(684)74082.2-61.872.1--(682)73782.2-61.772.084-(670)72081.8-61.071.583-(656)70081.3-60.170.8--(653)69781.2-60.070.781-(647)69081.1-59.770.5--(638)68080.8-59.270.180-630。