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度等其他力學性能；硬度與耐磨性具有直接關系，硬度越高，耐磨性越好，所以硬度測量應用極為廣泛。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	洛氏硬度計	維氏硬度計

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，以相應的試驗力F壓入材料的表面，經規定保持時間后卸除試驗力，用讀數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HBS或HBW之前的數字表示硬度值，符號后面的數字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。

    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：

    優點：測量數值穩定，準確，能較真實地反映材料的平均硬度；

    缺點：壓痕較大，操作慢，不適用批量生產的成品件和薄形件。

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、調質處理的鋼）。

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，在試驗壓力F 的作用下，將壓頭壓入材料表面，保持規定時間后，去除主試驗力，保持初始試驗力，用殘余壓痕深度增量計算硬度值，實際測量時，可通過試驗機的表盤直接讀出洛氏硬度的數值。

HR = N - h/S

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

                                               h——卸除主試驗力，在初試驗力下壓痕殘留的深度

                                               S——給定標尺的單位

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，根據被測對象硬度值大小不同，可用不同的壓頭和試驗力，如下表。

2.3 洛氏硬度特點：

    優點：測量迅速、簡便、壓痕小、硬度測量范圍大 ，   

    缺點：數據準確性、穩定性、重復性不如布氏硬度。

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。采用相對面夾角為136o金剛石正四棱錐壓頭，以規定的試驗力F壓入材料的表面，保持規定時間后卸除試驗力，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×試驗力/壓痕表面積 ≈0.1891 F／d2 

    式中：HV——維氏硬度符號；

　　      F——試驗力，N；

　　      d——壓痕兩對角線d1、d2的算術平均值，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HV前面的數值為硬度值，后面為試驗力值。標準的試驗保持時間為10～15S。如果選用的時間超出這一范圍，在力值后面還要注上保持時間為10～15S。如果選用的時間超出這一范圍，在力值后面還要注上保持時間。例如：

    600HV30—表示采用294.2N（30kg）的試驗力，保持時間10～15S時得到的硬度值為600。

    600HV30/20—表示采用294.2N（30kg）的試驗力，保持時間20S時得到的硬度值為600。

3.3 維氏硬度試驗的特點

    優點：維氏硬度試驗的壓痕是正方形，輕廓清晰，對角線測量準確，因此，維氏硬度試驗是常用硬度試驗方法中精度最高的，同時它的重復性也很好，這一點比布氏硬度計優越。

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

    維氏硬度試驗最大的優點在于其硬度值與試驗力的大小無關，只要是硬度均勻的材料，可以任意選擇試驗力，其硬度值不變。這就相當于在一個很寬廣的硬度范圍內具有一個統一的標尺。這一點又比洛氏硬度試驗來得優越。

    在中、低硬度值范圍內，在同一均勻材料上，維氏硬度試驗和布氏硬度試驗結果會得到近似的硬度值。例如，當硬度值為400以下時，HV≈HB，如圖3-2所示。

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

    缺點：維氏硬度試驗效率低，要求較高的試驗技術，對于試樣表面的光潔度要求較高，通常需要制作專門的試樣，操作麻煩費時，通常只在實驗室中使用。

3.4 維氏硬度計的應用

    維氏硬度試驗主要用于材料研究和科學試驗方面小負荷維氏硬度試驗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，薄片材料和細線材的硬度，刀刃附近的硬度，牙科材料的硬度等，由于試驗力很小，壓痕也很小，試樣外觀和使用性能都可以不受影響。顯微維氏硬氏試驗主要用于金屬學和金相學研究。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：

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

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

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

*** 報告結束 ***

作者簡介：

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