什么是硬度？

硬度，顧名思義，軟硬程度，就是材料抵抗變形或破壞的能力，是熱處理行業(yè)最常用的指標(biāo)之一。它沒有確切的物理意義，是一個(gè)力學(xué)性能的綜合性指標(biāo)，一般來(lái)說(shuō)，材料的硬度越高，抗拉強(qiáng)度越高，耐磨性越好。

硬度的分類

幾種常用的硬度測(cè)試方法：

布氏硬度（HB）

將一定直徑的硬質(zhì)合金球以一定的試驗(yàn)力壓入被測(cè)材料表面，并保持規(guī)定的時(shí)間，卸載后測(cè)量表面壓痕的直徑，計(jì)算出布氏硬度值。計(jì)算公式如下：

圖1 布氏硬度測(cè)量原理圖

表示方法

標(biāo)準(zhǔn)表示方法包含信息：硬度值、測(cè)量方法、壓頭種類和直徑、載荷及保持時(shí)間。例如：500HBW1/10/20，表示用1mm的鎢質(zhì)合金球壓頭在98.07N的壓力下保持20s后測(cè)定的布氏硬度值為500。若未標(biāo)明載荷保持時(shí)間，表示10-15s。

注意點(diǎn)：

• 試樣表面平坦光滑，無(wú)氧化皮、油脂等污染物；

• 測(cè)量上限HB650

• 試樣厚度至少為壓痕深度的8倍，若試樣背面出現(xiàn)變形，說(shuō)明試樣太薄；

• 淬火鋼壓頭在GB/T231.1-2002后已取消使用。

洛氏硬度（HR）

洛氏硬度通過(guò)測(cè)量壓痕塑性變形深度計(jì)算出硬度指標(biāo)，通常，被測(cè)樣品表面較小或者HB>450時(shí)，采用洛氏硬度測(cè)量。測(cè)量范圍涵蓋常用的所有金屬材料，其計(jì)算方法為：將特定的壓頭按照規(guī)定分初試驗(yàn)力（F₀）和主試驗(yàn)力（F₁）兩次壓入試樣表面，初試驗(yàn)力加載后，測(cè)量初始?jí)汉凵疃龋髟囼?yàn)力加載并保持一定時(shí)間后，卸載主試驗(yàn)力并測(cè)量最終壓痕深度，通過(guò)如下計(jì)算公式得出HR。

其中，h——最終壓痕深度與初始?jí)汉凵疃戎睿?/p>

N、S為常數(shù)，取值參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T230.1。

圖2 洛氏硬度測(cè)量原理圖

其中，

X——時(shí)間；

Y——壓頭位置

1——初試驗(yàn)力F₀下的壓入深度；

2——主試驗(yàn)力F₁引起的壓入深度；

3——卸除F₁后的壓入深度；

4——?dú)堄鄩汉凵疃萮；

5——試樣表面；

6——測(cè)量基準(zhǔn)面；

7——壓頭位置；

8——壓頭深度相對(duì)時(shí)間的曲線。

表示方法

標(biāo)準(zhǔn)表示方法包含信息：硬度值、測(cè)量方法、洛氏標(biāo)尺、使用球形壓頭的類型。例如：80HR15TW，表示用碳化鎢合金球壓頭按照15T標(biāo)尺測(cè)得洛氏硬度值為80；若未標(biāo)明壓頭類型，則為金剛石圓錐型，如：62HRC，表示使用金剛石圓錐型壓頭按照C標(biāo)尺測(cè)得洛氏硬度值為62。

注意點(diǎn)

• 試樣表面平坦光滑，無(wú)氧化皮、油脂等污染物；

• 需根據(jù)材料具體情況，選擇合適的測(cè)量標(biāo)尺；

• 對(duì)于金剛石圓錐壓頭測(cè)試，試樣厚度至少為殘余壓痕深度的10倍；對(duì)于球壓頭測(cè)試，試樣厚度至少為殘余壓痕深度的15倍。背部不可有變形壓痕。

  
  

• 維氏硬度（HV）

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• 維氏硬度是將特定的正四棱錐體金剛石壓頭用一定的試驗(yàn)力壓入試樣表面，保持一定時(shí)間后，卸除力測(cè)量表面壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度計(jì)算出得出的硬度指標(biāo)。根據(jù)測(cè)試試驗(yàn)力的不同，可分為：維氏硬度（F≥49.03N）、小力值維氏硬度（1.961N≤F＜49.3N）和顯微維氏硬度（0.09807N≤F＜1.961N）。計(jì)算方法如下：

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• 其中，d=（d₁+d₂）/2

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• 圖3 維氏硬度壓痕及示意圖

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• 注意點(diǎn)

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• 試樣表面需拋光處理；

• 試樣厚度至少為壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度的1.5倍，背部不可有變形壓痕。

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• 里氏硬度（HL）

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• 常用的布、洛、維硬度計(jì)，由于體積較大，不便在現(xiàn)場(chǎng)使用，而里氏硬度計(jì)是一種便攜式硬度測(cè)試，受空間影響較小。它是用一定質(zhì)量的沖擊體在一定彈簧彈力的作用下以一定速度垂直沖擊試件表面，這種沖擊力使被測(cè)材料表面產(chǎn)生了塑性變形，形成了一個(gè)壓痕，損失掉一部分動(dòng)能（被測(cè)材料越柔軟，失去的動(dòng)能越多），回彈至距試樣表面1mm處的回彈速度（v_R）與沖擊速度（v_A）的比值計(jì)算得出硬度指標(biāo)。公式如下：

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• 里氏硬度可以應(yīng)用于多種零件，相對(duì)于肖氏硬度計(jì)，里氏硬度可在任意方向上測(cè)量，很大程度上方便了使用者。

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• 圖4 里氏硬度計(jì)原理圖
  

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