金属硬度

测定硬度的试验方法

1. 静力压痕法：将一个小球、圆锥或凌锥用力压入被测金属的表面。把负荷与压痕的面积

或者压痕的深度间的关系作为硬度的度量。布氏硬度。维氏硬度，洛氏硬度，努氏硬度均属于此类型。

2. 回跳法：使一个标准质量与标准尺寸的物体从正在被试验的工件表面上他弹跳回来，回跳的高度就是硬度的度量，使用反跳硬度计。

3. 划痕法：根据一种材料能划伤另外一种材料的能力来做判断的，莫氏硬度试验和锉刀硬

度试验均属于此种类型。

4. 刻槽法：控制负荷和形状的条件下，把一钝头的元件（通常使金刚石）划过被测工件的

表面，刻槽的宽度就使硬度的度量，贝氏试验属于此类型。

5. 阻尼法：把一个具有硬支撑点的摆锤摆幅变化作为硬度的度量，赫氏摆属于此类型 6. 切削法：用具有一定形状的锋利工具从被测工件的表面切下一块标准尺寸的小薄片。 7. 磨耗法：将工件压在一个转盘上，并以其磨耗率作为硬度的度量。

8. 冲蚀法：在标准条件下用沙子或者其他的粒状磨料冲刷被测工件的表面，并以材料在给

定时间内的损耗作为硬度的度量，砂轮的硬度是用这种方法测量的。

静力压痕试验方法得到的硬度值可以用C乘以Y表示，此处的C是试验时的约束因子，Y是被测材料的单轴流变应力。约束因子主要取决于硬度试验种所用压头的形状，对于常用的压头开说，约束因子接近于3.

压痕硬度试验

使用布氏，维氏，洛氏，努氏压头。

局限性：会在零件表面造成一个凹坑或压痕，大多数情况下不会影响耐用性，即使这个压痕

是个应力升高源，，不过有时候把试验看做是破坏性试验，对于表面仔细抛光的不希望有压痕，另外在凹坑本身下方会造成一个加工硬化区，对疲劳强度有不利影响。

布氏硬度试验

基本是最简便的，把一个不变的负荷（通常是500-3000公斤），由一个直径10mm的淬 火球形压头加到工件的平表面上，500公斤的负荷通常用于试验有色金属，如铜和铝的合金， 3000公斤的负荷用于较硬的金属试验，如钢和铸铁等。负荷按规定要保持一定的时间，(对 于铁和钢来说一般是10-15秒；对于较软的金属是30秒)随后按照毫米来测量所得压痕的直 径，为了保证被测金属中的范围流变得以终止，这一段时间还是由必要的。

根据所得压痕的平均直径（彼此呈直角关系的两个平均读数）来评定硬度。根据下式 用压痕的表面积去除施加的负荷，以算出布氏硬度值（HB） HB=L/(D/2)[D-(D2-d2)1/2]

式中L—负荷（公斤） D—球的直径（毫米）

d—压痕直径

十分硬的钢不能用布氏法以淬火钢球去做试验，因为在压入过程会变扁而且产生永久性形。 布氏压痕直径2.9毫米（HB444）就会有很可观的误差。

对于硬度为HB444到大于HB627（压痕直径2.45毫米）的布氏试验材料来说，建议使用碳 化钨制造的球，不过对比淬火钢球测出来的硬度会高一点。、 布氏硬度试验能达到的精度受被测工件表面光洁度的影响极大，，要形成布氏压痕的工件表面，必须经过锉削、磨削、机加工和抛光（3/0号砂纸是合适的）以使压痕直径十分清楚，

便于测量。工具的刻痕不应该存在。

压痕的测量

用显微镜观察，精度0.05毫米 布氏硬度试验造成的压痕，可能具有不同的表面特征，在一些情况下会在围绕压痕有一条突出于工件原表面的脊楞，在另外的一些情况，可能压痕的边缘又低于原来的表面，有时却没有区别，第一种情况称为隆起型压痕，第二种现象称为下陷型压痕，冷加工的零件一般具有前一种压痕，经过退火的零件都具有后一种压痕。 测量压痕的直径，认为这个压痕的直径就是球体实际接触的压痕直径，对于隆起型和下陷型来说，隆起型压痕直径要比真实直径大，而下陷型的压痕直径就比真是直径小，依靠试验人员的判断和经验。

对于布氏硬度打出来的压痕形状会有不同，在经受相当大的轧制量的材料上，布氏压痕一般为椭圆形，而在热处理过的钢上布氏压痕则为圆形，对于非圆形压痕来说，可以取平均布氏硬度值。

压痕的间距

压痕不应该与边缘靠的太近，只要压痕中心到边缘的间距大于压痕直径的2.5倍（最好是3倍）布氏硬度的误差可以忽略，两个压痕之间间距也不能离的太近，相邻压痕的中心间距不小于压痕直径的3倍。

校准

使用砝码和杠杆，最好使用检验环，检验环是一个弹性校准装置，把它放在硬度计的载物台上，利用测微螺旋和沿直径方向装在环内的摆簧，在加载的时候可以测出环的偏离度。

一般注意事项

1. 不应当把压痕打在半径小于25.4的曲面上。 2. 压痕的间距应该合适

3. 加载应该平稳，以免砝码的惯性引起过载。

4. 加载：加载方向和受检表面应该彼此垂直，相差不超过2°。

5. 被测工件厚度要求：在有压痕的一侧的背面上不应看出有加载影响的突起和痕迹 6. 被测工件的光泽度应该能清楚的把压痕直径显示出来 局限性

1. 工件的形状和尺寸必须能够容纳相当大的压痕

2. 由于压痕相当大，所以工件在试验后不能再使用了

3. 硬度范围极限：从500kg负荷的大约HB16到3000公斤HB627—当作实用范围。

洛氏硬度试验

洛氏硬度试验是测定硬度最广泛的方法

原因：a易于进行，不需要技术高超的操作人员。

b使用各种不同的负荷和压头能测定大多数的金属及合金，从最软的轴承材料到最硬的钢

c在常规的手动操作条件下，几秒就可以得到读数。 d无需进行光学测量

在洛氏硬度试验中，是根据施加在压头上的一个恒定负荷所造成的压痕深度来确定的，虽然洛氏硬度所用的压头有很多，但是最常用的就是磨成锥角120、顶端球面半径为0.2mm的金刚石圆锥体，这就是人所共知的布瑞尔压头

硬度值是主负荷和预负荷所造成的压痕深度差为根据的

应用预负荷可消除加载系统中间隙，并使压头穿透很薄的表面粗糙部分和压碎外来物颗粒，从而可大大提高试验的准确度，适用钢球压头和金刚石压头。

首先施加预负荷，以确定出洛氏硬度计指示器上的起始位置或零位位置，然后施加主负荷。不要移动正在被检验的工件，卸掉主负荷后指示器是便主动地标出洛氏硬度值。

洛氏硬度计的类型：普通洛氏硬度计和表面洛氏硬度计 1.普通洛氏硬度试验

预负荷始终是10公斤，主负荷可以是60、100或150公斤

洛氏硬度的一个数值代表0.002mm。

HRC（Hardness Rockwell C）,H代表硬度，R代表洛氏，C代表标尺 HRC60就是预负荷和主负荷的深痕深度为（100-60）×0.002mm=0.08mm HRB80就是预负荷和主负荷的深痕深度为（130-80）×0.002mm=0.1mm 2.表面洛氏硬度试验

预负荷是3公斤，主负荷是15、30或45公斤。 表面洛氏硬度的一个数值代表0.001mm 无论负荷多大，N代表表面硬度的布瑞尔一压头 T、W、X、Y表示钢球压头

HR30N80—H代表硬度，R代表洛氏，30代表30公斤的负荷，N代表的是金刚石压头 HR30N80就表示预负荷和主负荷的深痕深度为（100-80）×0.001mm=0.02mm 洛氏标尺的选择

在普通洛氏硬度计和表面洛氏硬度计之间，各自有3种主负荷，另外金刚石压头和钢球压头有1/16、1/8、1/4、1/2四种直径要考虑合适的标尺，可以用的有的标尺有30种 选择因素

1. 被测金属的类型

普通洛氏硬度标尺的典型用途 标尺 B C A D E F G H K、L、M、、P、R、、S、V 典型用途 铜合金，低碳钢，铝合金，可锻铸铁 钢，白口铁，珠光体可锻铸铁，钛，表面深硬化钢，硬度大于HRB100的其他材料 烧结碳化物，薄钢，表面浅硬化钢，珠光体可锻铸铁 薄钢，表面中等硬化钢，珠光体可锻铸铁 铸铁，铝及镁合金，轴承金属 退火的铜合金，软的薄板金属 磷青铜，铍青铜，可锻铸铁，硬度上限是HRG92，以免把钢球压扁 铝，锌，铅 轴承金属及其他很软或很薄的材料，使用最小的钢球和最大的负荷，都不会有工作台的影响 表面硬度计的N标尺与洛氏标尺的C、A、D试验时相同，只是厚度更薄或表面层深度更浅。T标尺适用的材料与洛氏标尺的B、F、G试验时相同，但厚度更薄，需要小压痕时，需要表面硬度计，标尺W、X、Y适用于极软的材料。

被测金属厚度的影响

在做洛氏硬度试验时，紧靠压痕周围的金属被冷加工，实验过程中受影响的材料深度约为压痕深度的十倍，因此被试验的金属的厚度至少是压痕深度的十倍。

排除限制因素后，选择重负荷，压痕比较大，覆盖材料部分较大，从而能够得到更能表征材料的洛氏硬度值。此外，负荷越重，标尺的灵敏度越高

工作台效应和流变现像，要对工作台表面仔细观察，在施加主负荷时，受检工件将会陷入工作台的凹痕中去，结果就使读数偏低，如果在试验后才发现工件太薄，需要检验工作台是够损坏，受了损伤，需要磨平，对于在负荷作用下发生流变的材料，可用一块硬的，抛光了的金刚石在工件下面提供稍许标准一些的摩擦条件，可以提高读数的可重复性。

3.试验区的宽度影响

压痕中心距离工件边缘至少是压痕直径的2.5倍，压痕至于工件中心时，工件的宽度至少是压痕直径的5倍，在压痕周围会形成冷作硬化，测出来的硬度值偏高，相邻压痕的间距至少是压痕直径的3倍 4. 洛氏标尺的局限性

普通洛氏硬度计黑色标尺的数字标记从0到100，100相当于零位位置，红色标尺的数字标记从0到130，130相当于零位位置，表面硬度计只有一组分度线，数字标记从0到100 读数低于20不推荐使用金刚石压头，因为压头的锥面部分压入很深时灵敏度不够，，在数值低于20时，布瑞尔压头时未经过校正的，一旦用于软材料，数值会有不同。

球形压头的标尺时从130开始的，但是除了特殊情况下，读数不应该超过100，因为在100到130之间，只用了钢球的最顶端，，在这区域中，因为压头的形状很不尖，所以大部分标尺灵敏度很差，在使用直径很小的压头时，高压作用会将压头压扁，如果数值高于100.应该使用下一级较重的负荷或者下一级较下的压头，读数低于0，使用前一级较小的负荷或者前一级较大的压头。对于非均质材料如铸铁，需要选择读数恒定的标尺，以免压头直径过小，负荷太轻，则造成的压痕不足以表征试验金属性能的面积，以得出一致的硬度值。