什么是硬度试验?

[拼音]：yingdu shiyan

[外文]：hardness test

在古代，人们就用软硬的概念来品评金属质量，还用金属互压、异物压入或划伤等原始方式来比较研究金属的软硬。至19世纪中叶，钢铁应用日趋广泛，硬度测试方法和设备的研究也广泛展开；到本世纪20年代前后，布氏、肖氏、洛氏和维氏硬度试验机相继问世。金属硬度乃表示金属相对的软硬程度。硬度值也不能直接用于机件设计。但因硬度测试简便易行，常用于材料质量控制和试验研究。硬度试验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、维氏硬度和显微硬度试验法，动态法为肖氏硬度和锤击布氏硬度试验法。

用HB表示。最常用的静态压入硬度，适用范围为 HB8～450。测定方法系用规定负荷（P）均匀平稳地将一定直径 (D)钢球垂直压入受试金属平整光滑的表面，停留规定时间后，卸荷并测量试样上d性恢复后的球面压痕直径(d)，代入下式算出单位压痕面积上的平均压力，即得所求HB值：

通常此值可从对照表中查得。根据相似定理及P/D2=K(常数)关系式，可将不同的D、K值组合，得出不同的P，供测试各种硬度金属时选用。例如，对较硬金属采用P=30D2，而对软金属则选用P=10D2或P=2.5D2。为保证测试结果准确，试样厚度不得小于压痕深度的10倍，如另有规定，试样厚度不应小于压痕深度的8倍，d与D间应符合0.25D<d<0.6D关系，且两压痕中心和压痕中心距试样边缘都应留有足够距离。测量时，试样表面应光洁和平滑。

测定布氏硬度时负荷与压痕面积较大，除易于精确测试外，数据的重现性和可比性均较高。对于组织不均匀金属，通常只有用布氏法才能获得可比性好而分散度较小的平均硬度值。但由于布氏压头为钢球，刚度较低，不能用于硬度超过HB450的材料，且因压痕大而较深，一般不宜用于测定薄材和成品部件。对硬度大于 HB450的材料，可采用硬质合金压头。

用HV表示。一种静态压入硬度，适用范围为HV8～1000，特别宜于测试硬度超过HB450薄的淬火回火部件和材料以及各种渗层和覆层。测试时采用对面夹角136°的正四棱锥金刚石压头，5～1000kgf(分六级)负荷（P），并测量压痕两对角线（d），然后从对照表中查出或代入下式算出HV：

由于维氏、布氏方法相似，对硬度较低的金属，HV和HB值一般相同或接近。

用HM表示。一种静态压入硬度，所用压头和测试原理与维氏硬度相同，但负荷仅为1～200gf。由于压痕小而浅，所以试样必须制成抛光金相试片，且在磨抛过程中应尽量避免过热和加工硬化。另有一种努氏显微硬度（HK），所用压头系长短对角线比为7:1的金刚石棱锥体，压痕面积大而浅，适用于极薄材料和覆层。显微硬度和努氏硬度主要用于实验室中测定金属各组成相和夹杂物相的硬度。

用HR表示。一种广泛应用的静态压入硬度，所用压头为顶角120°、圆弧半径0.2mm的金刚石圆锥或直径1/16英寸 (1.588mm)的钢球，所测量的是压痕深度而不是面积。按不同压头和总负荷P（初负荷P1+主负荷P2），HR有三种常用标度：

（1）HRC金刚石圆锥，P为150kgf，适用范围20～67；

（2）HRB钢球，P为100kgf，适用范围25～100；

（3）HRA金刚石圆锥，P为60kgf，适用范围70～85。洛氏硬度测试由于负荷较大，压痕较深，不能用于薄材及较薄渗涂层。对材料表皮硬度的测试，另有表面洛氏硬度标度，其P1为3kgf，P为15、30和45kgf；对金刚石圆锥和钢球压头分别以 HR15N、HR30N、HR45N和HR15T、HR30T、HR45T标度表示。

洛氏硬度试验，由于使用两种压头，适用范围广泛，其压痕小且可快速直读，宜于大批量工件的测试；但因压痕小，测定精确度不如布氏硬度，因而对某些材料代表性差，对严重偏析和组织不均匀金属，硬度值的重现性较差，分散度亦较大。

用HS表示。一种常用的动态硬度。其测试方法是使一定重量的金刚石或钢球冲头，从一定高度自由落下冲击受试材料表面，根据回跳高度来衡量金属的软硬程度。肖氏硬度只适用于d性模量相同的材料间的相互比较，否则会得出橡胶的HS值高于钢的错误结论。

另一种动态硬度。其测试方法是将与受试金属硬度相似的标准硬度棒插入硬度计中，使钢球压头分别抵紧试件和标准棒，并用手锤击打施力杆一次，然后测量试件和棒上的压痕直径，从对照表中查出试件的布氏硬度值。这是一个近似值，误差可达 ±7％。

肖氏和锤击布氏硬度试验的特点在于仪器轻便， *** 作简单，可快速经济地进行大批量产品的现场检测。

由于各种静态硬度和动态硬度的具体规定和测试原理互不相同，因而所得硬度值不能直接相互比较，必要时可用公认的实测换算表进行换算。

参考书目

S.R.Williams，Hardness and Hardness Measureme- nts，ASM，Cleveland，Ohio，1942.D.Landau，Hardness，The Nitralloy Corporation，NewYork，1943.E.D.Harmer，The Testing and Inspection of Engineering Materials，McGraw-Hill，New York，1964.