硬度简介、分类、测定、种类

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1、硬度在材料科学中，硬度指“固体材料抗拒永久形变的特性”。三种主要的硬度定义方式包 括：具体测量方法参见硬度试验。目录1基本简介2硬度分类3硬度测定4测试种类1基本简介材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。固体对外界物体入侵的局部抵抗能力,硬度分为：划痕硬度。主要用于比较不同矿物的软硬程度，方法是选一根一端硬一端 软的棒，将被测材料沿棒划过，根据出现划痕的位置确定被测材料的软硬。定性地说，硬物 体划出的划痕长，软物体划出的划痕短。压入硬度。主要用于金属材料，方法是用一定的 载荷将规定的压头压入被测材料，以材料表面局部塑性变形的大小比较被测材料的软硬。由 于压头、载荷以及载荷持续时间的不同，压

2、入硬度有多种，主要是布氏硬度、洛氏硬度、维 氏硬度和显微硬度等几种。回跳硬度。主要用于金属材料，方法是使一特制的小锤从一定 高度自由下落冲击被测材料的试样，并以试样在冲击过程中储存（继而释放）应变能的多少 （通过小锤的回跳高度测定）确定材料的硬度。早在1822年，Friedrich Mohs提出摩氏硬度计。按照他们的软硬程度分为十级：1）滑石2）石膏3）方解石4）萤石5）磷灰石6）正长石7）石英8）黄玉9）刚玉10）金刚石简单记忆方法：滑石方、萤磷长、石英黄玉刚金刚。各级之间硬度的差异不是均等的，等级之间只表示硬度的相对大小。试验钢铁硬度的最普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦，由其表面所呈现的擦

3、痕深浅以 判定其硬度的高低。这种方法称为锉试法，这种方法不太科学。用硬度试验机来试验比较准 确,是现代试验硬度常用的方法。常用的硬度测定方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等 测试方法硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标，它既可理解为是材料抵抗弹性变 形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。硬度不是一个 简单的物理概念，而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。硬度试验根据 其测试方法的不同可分为静压法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等）、划痕法（如莫氏 硬度）、回跳法（如肖氏硬度）及显微硬度、高温硬度等多种方法。布氏硬度以HBN（kgf/mm2）

4、表示（HBSHBW）（参照GB/T231 1984）,生产中常用 布氏硬度法测定经退火、正火和调质的钢件，以及铸铁、有色金属、低合金结构钢等毛胚或 半成品的硬度。洛氏硬度可分为HRA、HRB、HRC、HRD四种，它们的测量范围和应用范围也不同。 一般生产中HRC用得最多。压痕较小，可测较薄的材料和硬的材料和成品件的硬度。维氏硬度以HV表示（参照GB/T4340-1999），测量极薄试样。2硬度分类2.1洛氏硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度值指标。以0.002毫米作为一个硬度单位。当HB450 或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120的金 刚石圆锥体或直径为

5、1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深 度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金 等）。HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材 料（如退火钢、铸铁等）。HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。洛氏硬度试验采用三种试验力，三种压头，它们共有9种组合，对应于洛氏硬度的9个 标尺。这9个标尺的应用涵盖了几乎所有常用的金属材料。最常用标尺是HRC、HRB和HRF, 其中

6、HRC标尺用于测试淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢。这是金属加工行业应用最 多的硬度试验方法。HRB标尺用于测试各种退火钢、正火钢、软钢、部分不锈钢及较硬的 铜合金。HRF标尺用于测试纯铜、较软的铜合金和硬铝合金。HRA标尺尽管也可用于大多 数黑色金属，但是实际应用上一般只限于测试硬质合金和薄硬钢带材料。表面洛氏硬度试验采用三种试验力，两种压头，它们有6种组合，对应于表面洛氏硬度 的6个标尺。表面洛氏硬度试验是对洛氏硬度试验的一种补充，在采用洛氏硬度试验时，当 遇到材料较薄，试样较小，表面硬化层较浅或测试表面镀覆层时，就应改用表面洛氏硬度试 验。这时采用与洛氏硬度试验相同的压头，采用只有洛氏

7、硬度试验几分之一大小的试验力， 就可以在上述试样上得到有效的硬度试验结果。表面洛氏硬度的N标尺适用于类似洛氏硬 度的HRC、HRA和HRD测试的材料；T标尺适用于类似洛氏硬度的HRB、HRF和HRG测 试的材料。HRC标尺的使用范围是2070HRC，当硬度值小于20HRC时，因为压头的圆锥部分压 入太多，灵敏度下降，这时应改用HRB标尺。尽管HRC标尺被规定的上限值为70HRC，但 是当试样硬度大于67HRC时，压头尖端承受的压力过大，金刚石容易损坏，压头寿命会大 大缩短，因此一般应改用HRA标尺。HRA标尺的使用范围是20-88HRA，由美国标准ASTM E14 0可以获得以下换算关系：27

8、HRA30HRB60HRA100HRB20HRC85.6HRA68HRC可见，HRA标尺的测试范围涵盖了从软钢（HRB）、硬钢（HRC）到硬质合金的硬度范 围。然而，事实上HRA标尺很少用于测试软钢，主要用于测试薄硬钢板、深层渗碳钢和硬 质合金。在硬质合金方面，由于技术进步，有些材料硬度已达到93-94HRA，这已超出标准 规定。工程上超出HRA高端的测量范围已成为惯例。HRA标尺有一个特殊用途。在使用洛 氏硬度计测试钢试样时，如果不知试样是软钢还是硬钢，可先用HRA标尺试测一下，当硬 度值小于60HRA时可改用HRB标尺，当硬度值大于60HRA时可改用HRC标尺。HRB标尺的使用范围是201

9、00HRB，当硬度值低于20HRB时，由于钢球的压入深度过 大，金属蠕变加剧，试样在试验力作用下的变形时间延长，测试值准确度降低，此时应改用 HRF标尺。当硬度值大于100HRB时，因为钢球压入深度过浅，灵敏度降低，精度下降，此 时应改用HRC标尺。在使用HRB标尺测试钢试样时，一个特别值得注意的地方是：当预先 不知道试样是软钢还是硬钢时，决不可使用HRB标尺做测试，因为用钢球压头误测了淬火 钢，钢球就可能会变形，钢球压头就会损坏，这是钢球压头损坏的主要原因。遇到这种情况 时应先用金刚石压头，用HRA标尺测试一下，再决定是用HRB还是用HRC。HRF标尺的使用范围是60100HRF。HRF标尺

10、是国外使用较多的一个标尺，它是测试 纯铜和较软的铜合金材料很好的检测手段。但是在我国，也存在标准硬度块短缺的问题，它 的应用也受到了限制。HRG标尺适用于HRB值接近100的材料，对于铍青铜、磷青铜、可锻铸铁这些硬度范 围介于HRB标尺的高端和HRC标尺低端的材料，如果改用HRG标尺，就可以大大改善测 试的灵敏度，提高测试精度。其他1. HRC含意是洛氏硬度C标尺，2. HRC和HB在生产中的应用都很广泛3. HRC 适用范围 HRC 20-67，相当于 HB225650若硬度高于此范围则用洛氏硬度A标尺HRA。若硬度低于此范围则用洛氏硬度B标尺HRB。布氏硬度上限值HB650,不能高于此值。

11、4洛氏硬度计C标尺之压头为顶角120度的金刚石圆锥，试验载荷为一确定值，中国标 准是15 0公斤力。布氏硬度计之压头为淬硬钢球（HBS）或硬质合金球（HBW）,试验载荷随球直径不同而 不同，从3000到31.25公斤力。5洛氏硬度压痕很小，测量值有局部性，须测数点求平均值，适用成品和薄片，归于无 损检测一类。布氏硬度压痕较大，测量值准，不适用成品和薄片，一般不归于无损检测一类。6洛氏硬度的硬度值是一无名数，没有单位。（因此习惯称洛氏硬度为多少度是不正确 的。）布氏硬度的硬度值有单位，且和抗拉强度有一定的近似关系。7. 洛氏硬度直接在表盘上显示、也可以数字显示，操作方便，快捷直观，适用于大量生

12、产中。布氏硬度需要用显微镜测量压痕直径，然后查表或计算，操作较繁琐。8. 在一定条件下，HB与HRC可以查表互换。其心算公式可大概记为：1HRC10HB。2.2布氏硬度布氏硬度(HB)般用于材料较软的时候，如有色金属、热处理之前或退火后的钢铁。洛 氏硬度(HRC)般用于硬度较高的材料，如热处理后的硬度等等。布氏硬度(HB)是以一定大小的试验载荷，将一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压入被测 金属表面，保持规定时间，然后卸荷，测量被测表面压痕直径。布氏硬度值是载荷除以压痕 球形表面积所得的商。一般为：以一定的载荷将一定大小的淬硬钢球压入材料表面，保持一 段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布

13、氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。测试载荷与测试钢球的直径需根据材料的实际性能再确定。2.3维氏硬度维氏硬度试验方法是英国史密斯(R丄.Smith)和塞德兰德(C.E.Sandland)于1925年 提出的。英国的维克斯一阿姆斯特朗(Vickers-Armstrong)公司试制了第一台以此方法进行 试验的硬度计。和布氏、洛氏硬度试验相比，维氏硬度试验测量范围较宽，从较软材料到超 硬材料，几乎涵盖各种材料。维氏硬度的测定原理基本上和布氏硬度相同,也是根据压痕单位面积上的载荷来计算硬 度值。所不同的是维氏硬度试验的压头是金刚石的正四棱锥体。试验时，在一定载荷的作用 下，试样表

14、面上压出一个四方锥形的压痕，测量压痕对角线长度，除以计算压痕的表面积， 载荷除以表面积的数值就是试样的硬度值，用符号HV表示。标注方法举例150HBW10/1000/30表示压头直径为10mm的硬质合金球，在1000kgf试验力的作用下， 保持30s时测得的布氏硬度值为1502.4维氏硬度维氏硬度试验方法是英国史密斯(R丄.Smith)和塞德兰德(C.E.Sandland)于1925年 提出的。英国的维克斯一阿姆斯特朗(Vickers-Armstrong)公司试制了第一台以此方法进行 试验的硬度计。和布氏、洛氏硬度试验相比，维氏硬度试验测量范围较宽，从较软材料到超 硬材料，几乎涵盖各种材料。维

15、氏硬度的测定原理基本上和布氏硬度相同,也是根据压痕单位面积上的载荷来计算硬 度值。所不同的是维氏硬度试验的压头是金刚石的正四棱锥体。试验时，在一定载荷的作用 下，试样表面上压出一个四方锥形的压痕，测量压痕对角线长度，除以计算压痕的表面积, 载荷除以表面积的数值就是试样的硬度值，用符号HV表示。2.5里氏硬度里氏硬度是以HL表示，里氏硬度测试技术是由瑞士狄尔马，里伯博士发明的，它是用 一定质量的装有碳化钨球头的冲击体，在一定力的作用下冲击试件表面，然后反弹。由于材 料硬度不同，撞击后的反弹速度也不同。在冲击装置上安装有永磁材料，当冲击体上下运动 时，其外围线圈便感应出与速度成正比的电磁信号，再通

16、过电子线路转换成里氏硬度值。2.6肖氏硬度简称HS。表示材料硬度的一种标准。由英国人肖尔(Albert F.Shore)首先提出。应用弹性回跳法将撞销从一定高度落到所试材料的表面上而发生回跳。撞销是一只具有 尖端的小锥，尖端上常镶有金刚钻。测试数值为1000x撞销返回速度/撞销初始速度(即为 碰撞前后的速度比乘以1000)2.7巴氏硬度巴柯尔(Barcol)硬度(简称巴氏硬度)，最早由美国Barber-Colman公司提出，是近代国 际上广泛采用的一种硬度门类，一定形状的硬钢压针，在标准弹簧试验力作用下，压入试 样表面，用压针的压入深度确定材料硬度，定义每压入0.0076mm为一个巴氏硬度单位。巴 氏硬度单位表示为HBa。2.8努氏硬度努