摘要
硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。硬度的实质是材料抵抗另一较硬材料压入的能力。硬度检测是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。硬度检测的主要目的就是测定材料的适用性，或材料为使用目的所进行的特殊硬化或软化处理的效果。对于被检测材料而言，硬度是代表着在一定压头和试验力作用下所反映出的弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。由于通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异，因此硬度试验广泛应用于金属性能的检验、监督热处理工艺质量和新材料的研制。金属硬度检测主要有两类试验方法。一类是静态试验方法，这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的。硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。静态试验方法包括布氏、洛氏、维氏、努氏、韦氏、巴氏等。其中布、洛、维三种试验方法是应用最广的，它们是金属硬度检测的主要试验方法。另一类试验方法是动态试验法，这类方法试验力的施加是动态的和冲击性的。这里包括肖氏和里氏硬度试验法。动态试验法主要用于大型的，不可移动工件的硬度检测。
关键词：硬度；物理量；试验方法；力学性能
Abstract
第1章引言 (5)
1.1金属材料硬度的定义 (5)
1.2硬度试验的作用和特点 (5)
1.3常用硬度试验方法的分类 (6)
第二章金属材料硬度的检测方法 (8)
2.1 洛氏硬度检测方法 (8)
2.1.1原理 (8)
2.1.2符号和计算公式 (8)
2.1.3检测过程及其示意图 (9)
2.1.4洛氏硬度标尺及技术参数 (12)
2.1.5标尺的应用原则 (12)
2.1.6应用范围及其特点 (13)
2.1.7检测及注意事项 (13)
2.2布氏硬度检测方法 (18)
2.2.1原理 (18)
2.2.2计算公式 (18)
2.2.3相似原理及其应用 (19)
2.2.4 K值于K常数的选用 (20)
2.2.5应用范围及其优缺点 (21)
2.2.6检测方法和技术条件 (21)
2.3维氏硬度检测方法 (24)
2.3.1原理 (24)
2.3.2范围、符号和说明 (24)
2.3.3 计算公式 (25)
2.3.4相似原理 (26)
2.3.5应用及其特点 (27)
2.3.6检测方法和注意事项 (28)
2.3.7试样最小厚度于检测力间关系 (29)
第三章方法选用和硬度要求 (30)
3.1硬度检测方法的选用 (30)
第四章金属硬度检测技术现状及其展望 (34)
4.1硬度计发展现状 (34)
4.2现代硬度计量测试的发展趋势 (35)
4.3现代硬度计的展望 (35)
附录A 部分发达国家有关硬度试验方法标准号（不是全部） (37)
第1章引言
1.1金属材料硬度的定义
硬度是金属材料力学性能中最常见的一个性能指标。硬度检测又是最迅速最经济的一种试验方法。但是对于金属材料的硬度，至今国内外还没有一个包括所有试验方法在内的统一而明确的定义。一般来说，金属的硬度常被人认为是：材料堆压入塑性变形、划痕、磨损或切削等的抗力。对压入法来讲，也被认为是：材料在一定条件下抵抗另一本身不发生残余变形物体压入的能力。之所以存在上述两种说法，是因为“硬度”本身不是一个简单物理常数。它是一个不仅决定于所研究材料本身的宏观与微观条件（如宏观的变形程度，冷热加工条件，微观的金属晶体点阵类型、晶格常数和原子间的结合力等），而且也决定于测试的特征和条件量。可以这样说对于被检测的材料而言，硬度是代表这在一定的压头合力的作用下所反映出的弹性、塑性、塑性形变强化率、强度、韧性以及抗摩擦性能等一些列不同物理量的综合性能指标。而实质上在这一比较中，还包括了两种材料的不同弹性、塑性变形能力和形变强化率等因素在内。
因此，用更准确的定义去更科学的反映出硬度的客观实质，还有待于人们从试验中和对金属宏观和微观结构的深入研究中去获得。尽管如此，在不同试验方法的基础上，正确运用试验原理和试验条件，得出的试验结果对于各行各业正确使用金属材料，监视工艺的正确性，判定产品品质以及在科学实验中均有重大的实际意义。
1.2硬度试验的作用和特点
在研究金属焊接结构时，可利用硬度试验法确定焊缝产生淬硬倾向以及热影响区范围。利用表面洛氏和轻负荷维氏硬度等试验法可测定表面热处理强化效果及硬度提督，表面强化层或渗层的深度。显微硬度试验法是金相分析方法的补充，除开用作测量显微组织中粗的硬度外，还有广泛的其他用途。又如，材料在高温或低温下使用，可以通过高温或低温硬度的测定来判断其适用性。总之，硬度试验方法的应用是非常广泛的。
硬度试验方法的特点是经检测后的制件不被损坏，留在制件表面上的痕迹很小，在大多数情况下对制件适用无影响，可视为无损检验。对于重要的产品可以逐个进行检查，如一些热处理后的模具、工具、工艺文件上都仅要求作硬度检测。
硬度检测设备简单，易于掌握。不仅可以在固定的仪器上进行，而且还有便携式的
小型硬度计，在生产线或特大件上进行检测。
硬度检测有很高的工作效率，如洛氏硬度测定在同类的零件上一小时可测得120个以上数据。自动洛氏测定，每小时可达1000次。
在我国机械制造工业中，硬度检测法常用于最终热处理效应检查。实际上，硬度检测法在工艺管理和生产过程中进行质量控制也是非常重要的一种手段，如对未经热处理的一些制件，为避免混料、错料，应进行硬度检测。在加工过程中，为避免切削或磨削加工量过大而硬起退火造成性能改变，亦应用硬度检测加以监管。因此科学地应用硬度检测方法，很值得重视。
由于金属硬度与强度之间有一定的对应关系，使硬度检测具有更广泛的实用意义。
1.3常用硬度试验方法的分类
自1722年雷奥姆尔（Reaumvr）首先应用了矿物对金属进行刻划的初始硬度试验以来，人们提出过几百种测量金属硬度的方法。除开常用的布氏、洛氏、维氏等外，还有钻孔法、磨料法以及摇摆硬度试验法等。通过在工业生产、科学实验中的应用与考验，有些方法逐渐被淘汰，有些则应用较少，而有些方法因为使用方便、测试准确而得到了广泛的应用。
常用金属硬度试验方法一般有如下分类：
1.按试验力施加速度分类
(1) 静力试验法施加试验力时缓慢而无冲击的。硬度的测定主要决定于被测试样表面压痕的状况，即压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。这包括所有的静力压入法，如常用的布氏、洛氏、维氏、努普硬度试验法等。
(2) 动力试验法施加试验力特点是动态和具有冲击力，包括肖氏、里氏、锤氏和弹簧加力试验法等。
2.按试验力的大小分类
(1) 宏观硬度试验法。试验力≥49.03N(≥5kgf)；
(2) 小负荷硬度试验方法。试验力1.961N～49.03N(0.2～5kgf)；
(3) 显微硬度试验法。试验力0.0098N～1.96N(0.001～0.2kgf)；
(4) 超显微硬度试验法。试验力<0.0098N (<0.001kgf)；
(5) 纳米级硬度试验法。试验力<50Nn。
3.按试验温度分类
(1) 常温硬度试验法。在室温下进行；
(2) 低温硬度试验法。在0℃以下某一特定温度下进行；
(3)高温硬度试验法。在室温以上某一特定温度下进行。
4.按试验原理分类
可分为布氏、洛氏、维氏、肖氏、里氏、奴仆、韦氏、巴氏和划痕、锉刀以及其他物理监测方法，如超声波、磁矫顽力、磁导率等。
第二章金属材料硬度的检测方法
2.1 洛氏硬度检测方法
洛氏硬度检测法最初是由美国人洛克威尔（S.P.RocKwell和H.M.RocKwell）在1914年提出的。以后他们在1919年和1921年两次对硬度计的设计进行了改进，奠定了现代洛氏硬度及的锥形。到1930年威尔逊（C.H.Wilson）进行了更新设计，使洛氏硬度检测方法和设备更趋完善，一直沿用至今。现在我国已生产用数码管显示并自动打印的洛氏硬度计。洛氏硬度检测方法的特点是操作简单，测量迅速，并可从百分表或光学投影屏或显示屏上直接读书。同布氏和维氏硬度检测法一样，成为三种最常用的硬度检测法之一。
2.1.1原理
洛氏硬度检测法采用120°金刚石圆锥或淬火钢球（规定直径的）作为压头，在初始检测力F0作用下，再加上主检测力F1，在总检测力F作用下，将压头压入试样表面。之后卸除主检测力，在保留初始检测力F0 测量压痕深度残余增量e，100（或130）减去e值（e值以0.002mm为单位）即洛氏硬度值。
2.1.2符号和计算公式
洛氏硬度检测及计算公式所用符号及其含义见表2-1-1。
计算公式：
根据洛氏硬度读书如下：用金刚石压头（A.C.D标尺）为100-e；用钢球压头
（B.E.F.G.H.K标尺）为130-e，即HR=K-e。
由HR=K-e公式看出，压痕深度的残余增量e越大，则洛氏硬度值越低；e越小，硬度值越高。式中K为定义常数，用钢球压头为130；用金刚石压头为100。所谓标尺，是用不同压头和总检测力的组合加以区分。例如用金刚石圆锥压头，总检测力为1471N （150kgf）时，是HRC；如用1.587mm钢球作压头，总检测力为980.7N（100kgf）时，是B标尺HRB。
e是去除检测力后，在初始检测力F0的残余压痕深度增量。用金刚石压头，1.471N 总检测力条件下，在卸除主检测力后，如e为0.08mm，因为每一洛氏硬度单位为0.002mm，则HRC=100-40=60。由此可看出此值五量纲为一有条件的无名数。
K值为什么定义为100和130？当压头为金刚石圆锥体时，因为HRC（A）规定用于测量较硬的蔡老，如淬火后的钢及硬质合金等，一般不会出现压入深的为0.2mm而使硬度值为零的情况。当压头为钢球时，多用于测量中等及较低的材料，硬度值跨越较大，为了避免出现负值，将用钢球的洛氏标尺K值均定为130。
2.1.3检测过程及其示意图
洛氏硬度检测过程示意图2-1-1～图2-1-4。
图2-1-1 洛氏硬度检测过程示意图
图2-1-2 洛氏硬度检测原理
（a）金刚石圆锥（b）钢球
图2-1-3 用金刚石圆锥压头试验示意图（HRA、HRC、HRD）
图2-1-4 用钢球压头试验示意图
（HRB、HRE、HRF、HRG、HRH、HRK）
图2-1-1～图2-1-4中一位，表示试样台上升，试样表面接触压头后，开始加上初始检测力F0，杠杆向上，百分表大指针顺时针方向旋转二圈或三圈至零点，小指针同步指红点为止（在光学洛氏硬度计投影屏上刻度向上移动，用金刚石锥，刻线指到100；用钢球相当于130）。在初始检测力F0作用下，压头压入试样深度为h0反映硬度的压入深度是从h0这一位置开始计算的。
2位表示加上主检测力F1后，杠杆向下，压头进一步压入试样，此时压入的深度决定于试样的硬软。百分表上指针反时针旋转到某一位置为止（光学洛氏硬度计投影屏上可读向下移动到某一位置）。在主检测力F1作用下压头压入深度为h1。
3位表示卸除主检测力F1后，保留初始检测力F0时，压头由于试样材料的弹性变形，试样向上推起压头，推起的高度决定该材料的弹性回复大小。当杠杆向上，百分表指针顺时针旋转到某一刻度止（在光学投影屏上刻度向上移动少许），此时可直接从百分表或光学投影屏上读出硬度数值。图2-1-1～图2-1-4中e为被试材料的实际压入深度。
卸掉初始检测力F0，压头离开样品表面，百分表指针回零，光学洛氏硬度计投影
屏上刻度向下移动至起始位置。
2.1.4洛氏硬度标尺及技术参数
已被代替的GB230-83《金属洛氏硬度试验方法》标准中只有HRA、HRB、HRC 三个标尺。
现行GB/T230-91《金属洛氏硬度试验方法》标准将原来三个洛氏标尺扩展为9个标尺。见表2-1-2。
表2-1-2 洛氏硬度标尺及技术参数
2.1.5标尺的应用原则
HRA——适用于测定坚硬或薄硬材料硬度，如硬质合金、渗碳后淬硬钢、经硬化处理后的薄钢带、薄钢板等。因为对于HRC＞67的材料如仍用1471N检测力易于损坏金刚石压头。宜用检测力较小，压入深度较浅的HRA标尺。
HRB——适宜用于测定中等硬度的材料，如经退火后的中碳和低碳钢、可锻铸铁、各种黄铜和大多数青铜以及精固溶处理时效后的各种硬铝合金等。适用范围是HRB20-100。当试样硬度小于20HRB时，因为这些金属的蠕变行为，试样在检测力作用下变形将持续很长时间，表上的指针或光学投影刻度过浅，灵敏度降低，影响测量精度。
HRC——最适用于测定径淬火极低温回火后的碳素钢、合金钢以及工、模具钢，也适用于测定冷硬铸铁、珠光体可锻铸铁、钛合金等。一般HRB＞100的材料可用C 标尺测定，当HRC＜20时，由于金刚石压头压入过深，压头圆锥的影响增大，产生下滑现象，影响测量准确性，宜换用HRB标尺测定。
HRD——是介于HRA和HRC之间的一种标尺，适用于压入深度介于A和C标尺之间的各种材料，如表面热处理强化后的钢试样、珠光体可锻铸铁等。
HRE——适用于测定一般铸铁、铝合金、镁合金、轴承合金及其他类似软金属。
HRF——适用于韧化黄铜、紫铜、一般铝合金等。
HRG——适用相当于HRB近于100的材料。因为这时可比HRB检测近于100时的灵敏度为高。
HRH——适用于铝、锌、铅等软金属合金，因为H标尺适用压头直径大；检测力又小，且可迅速直接读数。
HRK——适用于轴承合金和其他软金属材料。
以上除洛氏A、B、C三个标尺外，其余洛氏D、E、F……等6个标尺都是在修订后的标准中增添的。因为在ISO标准中，这些标尺早已有应用，我国加入WTO以后，国际贸易、技术交流将会更加频繁，为参照对比国际上各种硬度要求，这些标尺的应用是很重要的。
2.1.6应用范围及其特点
洛氏硬度检测操作简便、迅速，工作效率高。由于其使用检测力小，所产生的压痕比布氏硬度检测的压痕小，因而对制件表面没有明显损伤。由于适用金刚石压头和两种直径钢球作为压头，有三种检测力，共计有9个标尺（见表2-2），可以测量从教软到较硬材料的硬度，使用范围宽广。再者有预见册立所以试件表面轻微的不平度对硬度值的影响比布氏、维氏为小。因此，适用于成批生产大量检测的机械、冶金热加工过程中以及半成品或成品检验。特别适用于刃具、模具、工具等成品制件检测。
2.1.7检测及注意事项
a)检测前的准备
（1）用于进行硬度检测的硬度积极压头应符合GB2848洛氏硬度计技术条件要求。
（2）试验一般在10～35℃室温下进行。对精度要求较高时，室温应控制在（23±5）℃。
（3）选择标尺时，根据试样的材质以及其热处理状态，参考“42页，5节”标尺的应用原则，选用压头及检测力。
（4）如压头是取下的，应首先安装好压头。如为侧面螺钉固紧压头，正确的装置方法是：把压头尾部插入主轴孔内，轻扭螺钉帽但不要上紧，用一试样加上初检测力，然后加主检测力，在受力情况下它的台阶面与主轴下端面靠紧，使无倾斜或间隙，然后再拧紧紧固螺钉。
（5)选择好合适的试验台，试验台支承面应洁净，试样应能稳固的放置于试验台上，以保证在检测过程中不产生位移和变形。
（6）检则前，应适用于试样硬度值相近的标准洛氏硬度块对硬度计进行校验，在符合允许误差范围内进行检测。
b)试样
（1）式样在制备过程中，应尽量避免由于受热，冷加工等对试样表面硬度造成影响。
（2）试样的厚度不小于e的十倍。试验后，试验背面不得有肉眼可见变形痕迹。试样最小厚度与洛氏硬度值得关系见图2-1-5和图2-1-6。
图2-1-5 试样最小厚度与洛氏硬度值
（3）试样的试验面应尽可能是平面，不应有氧化皮及其污物、裂缝。表面粗糙度Ra一般不大于0.80μm.
c）试验中注意事项
（1）在任何情况下，不允许压头与试台及支柱、试样触碰。试样支承面、支座和试台工作面上均不得有压痕。
图2-1-6 试样最小厚度和洛氏硬度值关系图
（2）检测时，必须保证检测力方向与试样的检测面垂直。
（3）在检测过程中，有关装置不应受到冲击和振动。
（4）施加初检测力时，指针或指示线不得超过硬度计规定范围（允差），否则应卸除检测力，在试样上另一位置检测。
（5）调整示值指示器至零点后，应在2～8s内施加全部主检测力。
（6）应均匀平稳地施加检测力，不得有冲击与振动。
（7）施加主检测力后，总检测力的保持时间应以示值指示器指示基本不变为准。总检测力保持时间推荐如下：
对于施加主检测力后不随时间继续变形的试样，保持时间为1～3s。
对于施加主检测力后随时间缓慢变形的试样，保持时间为6～8s。
对于施加主检测力后随时间明显变形的试样，保持时间为20～25s。
（8）达到要求的时间后，在2s内平稳地卸除主检测力，保持初始检测力，从相应的标尺刻度上读出硬度值。
（9）两相邻压痕中心间距离至少应为压痕直径的4倍，但不得小于2mm。
任一压痕中心距试样边缘距离至少应为压痕直径的2.5倍,但不得小于2mm。
（10）在每个试样上的检测点数应不少于四点（第一点不记）。对大批量试样的检测点数可适当减少。
d）检测结果处理
（1）检测报告中给出的洛氏硬度值应精确至0.5个洛氏硬度单位。
（2）对于圆柱面和球面上测得的洛氏硬度值，应按表2-1-3～表2-1-5进行修正。表中修正值均为正值。
表2-1-3 用金刚石圆锥压头检测凸圆柱面修正值
（HRB、HRF、HRG）
e）结果的书写
洛氏硬度用符号HR表示，HR前为硬度数值，HR后面为使用的标尺。例如：50HRC 表示用C标尺测定的洛氏硬度值为50；80HRB表示用B标尺测定的洛氏硬度值为80。
2.2布氏硬度检测方法
布氏硬度检测方法最初是在1899-1900年间由瑞典工程师布利奈尔(J.A.Brinell)的研究热处理对轧钢组织影响时提出来的.这种方法使用最早，由于其压印痕较大，因而硬度值受试样组织显微偏析及成分布均匀的影响轻微，检测结果分散度小，复现性好，能比较客观的反映出材料的客观硬度。这正是布氏检测方法成为最广泛和常用的硬度检测方法之一的原因。
2.2.1原理
在规定的检测力（F）作用下，将一定直径(D)的钢球（或硬质合金球）压入试样表面，保持一定时间，然后去除检测力。测量试样表面上所压印痕直径（d）。根据d可以计算出压痕凹印面积（A）。布氏硬度值是检测力除以压痕球形表面积（A）所得的商。单位为9.807N/mm2。压痕大（即F/A值小）
表示钢球压入深，硬度值低；反之则硬度值高。
2.2.2计算公式
布氏硬度符号表示为HBS（钢球压头，
适合测450HBS一下硬度）；HBW（硬质合金
球压头适合测450－650HBW硬度）。
按布氏硬度定义HBS（HBW）＝F/A。
压痕为一球冠形（见图2-2-1）
压痕面积为：A＝πDh
(2-2-1)
从图2-2-1看出：
(2-2-2)
将式(2-2-2)代入式(2-2-1) 则(2-2-3)
式(2-2-3)是国家标准GB231－63《金属布氏硬度试验方法》中使用的一个公式。从
1984年4月发布GB231－84金属布氏硬度试验方法标准，并于1986年3月开始实施新标准后，试验条件和计算公式都有所变化。因为在国际单位制（ＳＩ）中，现行力值计算单位由千克力（kgf）改为牛顿（简称为N）。两种单位的换算关系为：１kgf＝９.80665N；１N＝０.101972kgf≈0.102kgf。根据国际标准化组织（ISO）的规定。为了保持原硬度试验中的硬度数值不变，布氏硬度值计算公式为：
布氏硬度值＝(2-2-4)
式（2-2-4）表达力值单位为牛顿。表示在特定条件下9.80N/mm2为一布氏硬度单位。因为１kgf≈9.807N,所以试验力改用N 后，公式乘以0.102其结果于原用千克力是相同的。因此，所有原用试验力为千克力单位的技术文件、书刊、手册中的布氏硬度数值仍然是有效的。不因试验力值单位的改变而修改。式（2-2-4）为GB231-84布氏硬度数值的计算公式。一般硬度检测时均不用以上公式去计算，而是在测得压痕直径后，通过查表得到硬度数值。
2.2.3相似原理及其应用
在进行布氏硬度试验时，照常理分析，即用同一钢球对应同一试样，当变换试验力时，凹印面积会有变化，试验力大压痕深，凹印面积大;试验力小压痕浅，凹印面积小，但单位面积上的抗力应是相同的，即布氏硬度值应为常数。对于不同硬软的试样，当变换试验力时应有对应的差值，保证不同材料的可比性。实际上，在硬度检测中试验力于钢球任意变换时，直径的变化于凹印面积的变化在球冠于接近球径处是非线性关系的，对于硬软差异大的试样，压头压入深浅不同其应力状况也是复杂的。所以，上述理想状态不存在。也就是说，在布氏硬度试验中不能任意选择压头于试验力，必须遵守一定的规则，这就提出了相似原理问题。
相似原理的应用，在布氏硬度试验方法中是非常重要的，对它应有清楚的认识和理解，才能应用自如和获得较准确以及可比较的数据。对于硬度不同的各种材料，如能采用变换试验力和相应变换压头球径的方法获得统一的压入角（见图2-2-2）这就可能获得准确的可比的硬度值。但在实际工作中，由于材料的千差万别，不同材料硬度值的变化范围很大，目前还不能实现这一技术要求。因此，进行布氏硬度试验时，为了得到较理想的结果和技术上便于实现的办法，注意选择试验力和球径的合理搭配，控制压入角（α）和压痕直径（d）在一定范围内变化，就能获得对同一种材料有相同的硬度值；对不同硬度值的材料能获得可比较的硬度值的结果。
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图2-2-2 压痕相似原理
对同一种材料，只要试验力（F ）于钢球直径（D ）的平方之比保持为一常数，则其压入角相同，所测得的结果定会相同，对不同材料所测得的硬度值可以进行比较。 则：K=0.102F 1/D 12=0.102F 2/D 22=0.102F/D 2
2.2.4 K 值于K 常数的选用
K 值为试验力（F ）于球径直径（D ）的平方之比。GB231-63《金属布氏硬度试验方法》中规定的K 值为30、10、2.5。修订后的GB231-84中K 值增加为30、15、10、5、2.5、1.25、1共7种（同时，球径由过去φ10mm 、φ5mm 、φ2.5mm ，增加φ2mm 和φ1mm 共5种）。不同K 值的增加是为了将不同硬软和厚薄的材料区分的更细些，便于对K 值、试验力和球径进行更合理的选择。另一方面这种修订也于SIO （国际标准化组织）标准中布氏硬度试验方法相一致。
根据材料和布氏硬度范围选择F/D 2值见表2-2-2。
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金属硬度检测方法 作者：张凤林 硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。硬度的实质是材料抵抗另一较硬材料压入的能力。硬度检测是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。硬度检测的主要目的就是测定材料的适用性，或材料为使用目的所进行的特殊硬化或软化处理的效果。对于被检测材料而言，硬度是代表着在一定压头和试验力作用下所反映出的弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。由于通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异，因此硬度试验广泛应用于金属性能的检验、监督热处理工艺质量和新材料的研制。 金属硬度检测主要有两类试验方法。一类是静态试验方法，这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的。硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。静态试验方法包括布氏、洛氏、维氏、努氏、韦氏、巴氏等。其中布、洛、维三种试验方法是应用最广的，它们是金属硬度检测的主要试验方法。这里的洛氏硬度试验又是应用最多的，它被广泛用于产品的检验，据统计，目前应用中的硬度计70%是洛氏硬度计。另一类试验方法是动态试验法，这类方法试验力的施加是动态的和冲击性的。这里包括肖氏和里氏硬度试验法。动态试验法主要用于大型的，不可移动工件的硬度检测。 各种金属硬度计就是根据上述试验方法设计的。下面分别介绍基于各种试验方法的硬度计的原理、特点与应用。 1.布氏硬度计（GB/T231.1—2002） 1.1布氏硬度计原理 对直径为D的硬质合金球压头施加规定的试验力，使压头压入试样表面，经规定的保持时间后，除去试验力，测量试样表面的压痕直径d，布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算。 HB =F / S ……………… (1-1) =F / πDh ……………… (1-2) 式中： F ——试验力，N； S ——压痕表面积，mm； D ——球压头直径，mm； h ——压痕深度， mm； d ——压痕直径，mm。 1、2布氏硬度计的特点： 布氏硬度试验的优点是其硬度代表性好，由于通常采用的是10 mm直径球压头，3000kg试验力，其压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均值，而不受个别组成相及微小不均匀度的影响，因此特别适用于测定灰铸铁、轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料。它的试验数据稳定，重现性好，精度高于洛氏，低于维氏。此外布氏硬度值与抗拉强度值之间存在较好的对应关系。
实验报告 课程名称：材料性能研究技术成绩：实验名称：金属材料硬度测试实验批阅人： 实验时间：实验地点：x5406 报告完成时间：2 姓名：学号：班级： 同组实验者：指导教师： 一、实验目的 1.了解不同类型硬度测试的基本原理。 2.了解不同类型硬度测试设备的特点及应用范围。 3.掌握各类硬度计的操作方法。 二、实验原理 金属的硬度可以认为是金属材料表面在压应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测试能够给出金属材料软硬度的定量概念，即：硬度示值是表示材料软硬程度的数量指标。由于在金属表面以下不同深度处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量应变抗力、应变强化能力以及大量形变抗力。硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形的能力越大，材料产生塑性变形就越困难。硬度的大小对于机械零件或工具的使用寿命具有重要的影响。 硬度测试方法有很多，大体可以分为弹性回跳法（如肖氏硬度）、压入法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度）和划痕法（如莫氏硬度）等三类。 硬度是表征金属材料软硬程度的一种性能，其物理意义随着试验方法的不同而表示不同的意义。其中弹性回跳法主要表征金属弹性变形功的能力；压入法主要表征金属塑性变形抗力及应变硬化能力；而划痕法主要表征金属切断能力。 下面介绍三种最常用的硬度测试方法： 1、布氏硬度 （1）布氏硬度试验原理 用一定直径D（mm）的硬质合金球作为压头，用一定的试验力F（N），将其压入试样表面，经过规定的保持时间t（s）之后卸载试验力，观察试样表面，会发现有残留压痕（如图1）。测残留压痕的平均直径d（mm），然后求出压痕球形面积A（mm2）。布氏硬度值（HBW）就是试验力F除以压痕表面积A所得的商，F以N作为单位时，其计算公式为 注：布氏硬度值不标出单位 布氏硬度试验用的压头球直径有10mm、5mm、2.5mm和1mm四种，主要根据试验厚度选择，选择要求是使压痕深度h小于试样厚度的1/8 。当试样厚度足够时，应尽量选用10mm 的压头球。 （2）布氏硬度的特点 布氏硬度试验时一般采用直径较大的压头球，所以它所得的压痕面积会比较大。 压痕面积大的一个优点就是它的硬度值能反映金属在较大范围内各组成相的平均性能，而不会受到个别的组成相和微小相的影响，所以说，布氏硬度试验主要用于测定灰口铸铁，轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度；压痕较大的另外一个优点就是实验的数据稳定，重复性强。 但是压痕面积较大的缺点就是不能再成品上进行试验，布氏硬度的另外一个缺点就是对于不同的材料需要更换不同直径的压头球并且需要改变试验力，压痕直径的测量也会比较麻烦，所以一般不用于自动检测。 （3）布氏硬度的表示方法
洛氏硬度实验报告 一、实验目的 1、了解硬度测定的基本原理及应用范围。 2、了解布氏、洛氏硬度实验机的主要结构及操作方法。 二、实验原理 (一) 洛氏硬度试验的基本原理 洛氏硬度属于压入硬度法，但它不是测定压痕面积，而是根据压痕深度来确定硬度值指标。其试验原理如图3-3所示。 洛氏硬度的试验原理：用金刚石圆锥体压头或一定直径的钢球压头，在初试验力F0和主试验力F1先后作用下，压入试样表面，保持一定时间，卸除主试验力，保留初试验力，此时的压入深度为h1，在初试验力作用下的压入深度为h0，它们之差e(h1—h0)来表示压痕深度的永久增量。每压入为一个洛氏硬度单位。（图1）洛氏硬度的计算公式：HRA、C=100—(e/ HRB=130—(e/ 、
洛氏硬度试验所用压头有两种：一种是顶角为120°的金刚石圆锥，另一种是直径为1/16"（）的淬火钢球。根据金属材料软硬程度不一，可选用不同的压头和载荷配合使用，最常用的是HRA、HRB和HRC。这三种洛氏硬度的压头、负荷及使用范围列于表3-2。 标尺所用符号/压头 总负 荷kgf 表盘上刻 度颜色 测量 范围 相当维氏 硬度值 应用范围 HRA 金刚石圆锥60 黑色70-85 390-900 碳化物、硬质合金、淬火 工具钢、浅层表面硬化层 HRB 1/16"钢球100 红色25-100 60-240 软钢（退火态、低碳钢正 火态）、铝合金 HRC 金刚石圆锥 150 黑色20-67 249-900 淬火钢、调质钢、深层表 面硬化层(2)初负荷均为10公斤 洛氏硬度测定时，需要先后两次施加载荷（初载荷及主载荷），预加载荷的目的是使压头与试样表面接触良好，以保证测量结果准确。图3-3中0-0位置为未加载荷时的压头位置，1-1位置为加上10 Kgf 预加载荷后的位置，此时压入深度为h1，2-2位置为加上主载荷后的位置，此时压入深度为h2，h2包括由加载所引起的弹性变形和塑性变形，卸除主载荷后，由于弹性变形恢复而稍提高到3-3位置，此时压
北京理工大学珠海学院-工程材料及热处理实验 工程材料及热处理实验指导书 北京理工大学珠海学院机械与车辆学院 2012.10
实验一金属材料的硬度实验 一、实验目的 1、了解硬度测定的基本原理及应用范围。 2、了解布氏、洛氏硬度实验机的主要结构及操作方法。 二、概述 金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形的能力越大，材料产生塑性变形就越困难。另外硬度与其他机械性能（如强度指标σ b及塑性指标ψ和δ）之间有着一定的内在联系。所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。 测量硬度的方法很多，在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度，压入法又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。 压入法硬度试验的主要特点是： ①实验时应力状态最软，（即最大切应力远远大于最大正应力）因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。 ②金属的硬度与强度指标之间存在如下近似关系： σ b=K*HB 式中：σ b ——材料的抗拉强度值；HB——布氏硬度值K——系数 退火状态的碳钢K＝0.34~0.36 合金调质钢K＝0.33~0.35 有色金属合金K＝0.33~0.53 ③硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有一定的参考价值，通常硬度值高，这些性能也就好。在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其原因就在于此。 ④硬度测量后由于仅在金属表面局部体积内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合 于成品检验。 ⑤设备简单，操作迅速方便。 三、布氏硬度 （一）布氏硬度试验的基本原理 布氏硬度试验是施加一定大小的载荷P，将直径为D的钢球压入被测金属表面（如图1-1所示）保持一定时间，然后卸除载荷，根据钢球在金属表面上所压出的凹痕面积F凹求
实验一 金属材料的硬度实验 一、实验目的 1.了解布氏、洛氏硬度测定的基本原理及应用范围。 2.了解布氏、洛氏硬度试验机的主要结构及硬度数据的测试方法。 二、实验原理 金属的硬度可以认为是金属材料局部表面在接触压力的任用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度值是材料性能的一个重要指标。试验方法简单、迅速，不需要专门的试样，同时保持试样的完整性，设备也比较简单。而且对大多数金属材料，可以硬度值估算出它的抗拉强度。因此在设计图纸的技术条件中大多规定材料的硬度值。检验材料或工艺是否合格有时也需用硬度。所以硬度试验在生产中广泛使用。 硬度测试方法很多，使用最广泛的是压入法。压入法就是一个很硬的压头以一定的压力压入试样的表面，使金属产生压痕，然后根据压痕的大小来确定硬度值。压痕越大，则材料越软；反之，则材料越硬。根据压头类型和几何尺寸等条件的不同，常用的硬度测试方法可分为布氏法、洛氏法和维氏法三种。 三、布氏硬度（HB ） 布氏硬度用符号HB 表示。这种试验方法是把规定直径（10mm 、5mm 、2.5mm ）的硬质合金球以一定的试验力压入所测材料的表面（如图1-1所示），保持规定时间后，测量表面压痕直径（如图1-2所示），然后按下式计算硬度： ) (222d D D D P F P HBW --= = π 式中 HBW-表示用硬质合金球测试时的布氏硬度值； P-载荷（kgf ）；（1kgf ＝9.8N ） D-压头钢球直径（mm ）； d-压痕平均直径（mm ）；
F-压痕面积（mm2）； 式中只有d 是变数，故只需要测出压痕直径d ，根据已知D 和P 值就可以计算出HB 值。布氏硬度习惯上不标出单位。生产中已专门制定了平面布氏硬度值计算表见附录一，用读数显微镜测出压痕直径后，直接查表就可获得HB 硬度值。 图1-1 布氏硬度测量示意图 图1-2 用读数显微镜测量压痕直径 由于金属材料有软有硬，工件有厚有薄，有大有小，如果只采用同一种载荷和钢球直径时，就会出现对硬的材料合适，而对软的材料可能发生钢球陷入金属内部的现象；若对厚的材料合适，而对薄的材料又可能会出现压透的现象。因此为了得到统一的，可以相互比较的值，必须使P 和D 之间维持某一比值关系。这样对同一种材料而言，不论采用何种大小的载荷和钢球直径，只要能满 足2 D P ＝常数，所得的HB 值是同样的；则对不同的材料来说，所得的HB 值也是可以进行比较的。按照GB231－63规定，2 D P 比值有30、10和2.5三种。 具体试验数据的选择和使用范围可参考表1-1 由于硬度和强度都以不同形式反映了材料在外力作用下抵抗塑性变形的能力，因而硬度和强度之间有一定的关系，其经验换算公式为：
实验六金属材料的硬度实验（2学时） 一、实验目的 1.了解硬度测定的基本原理及应用范围。 2.了解布氏、洛氏硬度实验机的主要结构及操作方法。 二、实验设备 洛式硬度计、布氏硬度计。 三、实验原理 金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形的能力越大，材料产生塑性变形就越困难。另外硬度与其他机械性能（如强度指标σ b及塑性指标ψ和δ）之间有着一定的内在联系。所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。 测量硬度的方法很多，在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度，压入法又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。 压入法硬度试验的主要特点是： （1）实验时应力状态最软，（即最大切应力远远大于最大正应力）因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。 （2）金属的硬度与强度指标之间存在如下近似关系： σ b=K*HB 式中：σ b ——材料的抗拉强度值； HB——布氏硬度值 K—— 系数 退火状态的碳钢K＝0.34~0.36 合金调质钢K＝0.33~0.35 有色金属合金K＝0.33~0.53 （1）硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有一定的参考价值，通常硬度值高，这些性能也就好。在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其原因就在于此。 （2）硬度测量后由于仅在金属表面局部体积内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适
合于成品检验。 （3）设备简单，操作迅速方便。 1、布氏硬度 （1）布氏硬度试验的基本原理 布氏硬度试验是施加一定大小的载荷P ，将直径为D 的钢球压入被测金属表面（如图3-1所示）保持一定时间，然后卸除载荷，根据钢球在金属表面上所压出的凹痕面积F 凹 求出平均应力值，以此作为硬度值的计量指标，并用符号HB 表示。 图1 布氏硬度试验原理图 其计算公式如下： HB ＝P/F 凹 （1） 式中： HB ——布氏硬度值； P ——载荷（Kgf ）；（1 Kgf ＝9.8N ） F 凹——凹痕面积（mm 2）。 根据压痕面积和球面之比等于压痕深度和钢球直径之比的几何关系，可知压痕部分的球 面积为：Dh F π=凹 (2) 式中：D ——钢球直径（mm ）； h ——压痕深度（mm ） 由于测量压痕直径d 要比测定压痕深度h 容易，故可将（1）式中h 改换成d 来表示，这可根据图1(b) 中△Oab 的关系求出。 2 222)()(2 1d D h D -=- )(2 1 22d D D h --= (3) 将式（2）和（3）代入式（1）即得：
洛氏硬度实验报告 实验目的 1、了解硬度测定的基本原理及应用范围。 2、了解布氏、洛氏硬度实验机的主要结构及操作方法。 二、实验原理 (一)洛氏硬度试验的基本原理 洛氏硬度属于压入硬度法，但它不是测定压痕面积，而是根据压 痕深度来确定硬度值指标。其试验原理如图3-3所示。 洛氏硬度的试验原理：用金刚石圆锥体压头或一定直径的钢球压头， 在初试验力Fo和主试验力F1先后作用下，压入试样表面，保持一定时间，卸除主试验力，保留初试验力，此时的压入深度为hl,在初 试验力作用下的压入深度为h0,它们之差e(h1—h0)来表示压痕深度的永久增量。每压入0.002mm为一个洛氏硬度单位。(图1)1.3洛氏硬度的计算公式：HRA、C=100—(e/0.002) HRB=130 —(e/0.002)
ΓZ□ 图1 ?Etξff ??ζ验原理圏 洛氏硬度试验所用压头有两种：一种是顶角为120。的金刚石圆锥，另一种是直径为1/16" (1.588mm)的淬火钢球。根据金属材料软硬程度不一，可选用不同的压头和载荷配合使用，最常用的是 HRA、HRB和HRC。这三种洛氏硬度的压头、负荷及使用 范围列于表3-2 表注：⑴金刚石圆锥的顶角为120° +30',顶角圆弧半径为0.21±0.01mm (2)初负荷均为10公斤 洛氏硬度测定时，需要先后两次施加载荷(初载荷及主载荷) ， 预加载荷的目的是使压头与试样表面接触良好，以保证测量结果准 确。图3-3中0-0位置为未加载荷时的压头位置，1-1位置为加上10 Kgf 预加载荷后的位置，此时压入深度为h1, 2-2位置为加上主载荷后的位置，此时压入深度为h2，h2包括由加载所引起的弹性变形和塑性变形，卸除主载荷后，由于弹性变形恢复而稍提高到3-3位置，此时压
HV也就是维氏硬度，HRC是洛氏硬度都是硬度的表示。手册上有对应表，比如：HV=289对应HRC=30。它们的区别主要在硬度实验时，压痕形状不一样。 金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力，称为硬度。根据试验方法和适用范围不同，硬度又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度、显微硬度和高温硬度等。对于管材一般常用的有布氏、洛氏、维氏硬度三种。 A、布氏硬度（HB） 用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力（F）压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径（L）。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS（钢球）表示，单位为N/mm2(MPa)。 其计算公式为： 式中：F--压入金属试样表面的试验力，N； D--试验用钢球直径，mm； d--压痕平均直径，mm。 测定布氏硬度较准确可靠，但一般HBS只适用于450N/mm2（MPa）以下的金属材料，对于较硬的钢或较薄的板材不适用。在钢管标准中，布氏硬度用途最广，往往以压痕直径d 来表示该材料的硬度，既直观，又方便。 举例：120HBS10/1000130：表示用直径10mm钢球在1000Kgf（9.807KN）试验力作用下，保持30s（秒）测得的布氏硬度值为120N/ mm2（MPa）。 B、洛氏硬度（HK） 洛氏硬度试验同布氏硬度试验一样，都是压痕试验方法。不同的是，它是测量压痕的深度。即，在初邕试验力（Fo）及总试验力（F）的先后作用下，将压头（金钢厂圆锥体或钢球）压入试样表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，用测量的残余压痕深度增量（e）计算硬度值。其值是个无名数，以符号HR表示，所用标尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K 等9个标尺。其中常用于钢材硬度试验的标尺一般为A、B、C，即HRA、HRB、HRC。 硬度值用下式计算： 当用A和C标尺试验时，HR=100-e 当用B标尺试验时，HR=130-e 式中e--残余压痕深度增量，其什系以规定单位0.002mm表示，即当压头轴向位移一个单位（0.002mm）时，即相当于洛氏硬度变化一个数。e值愈大，金属的硬度愈低，反之则硬度愈高。 上述三个标尺适用范围如下： HRA（金刚石圆锥压头）20-88 HRC（金刚石圆锥压头）20-70 HRB（直径1.588mm钢球压头）20-100 洛氏硬度试验是目前应用很广的方法，其中HRC在钢管标准中使用仅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可适用于测定由极软到极硬的金属材料，它弥补了布氏法的不是，较布氏法简便，可直接从硬度机的表盘读出硬度值。但是，由于其压痕小，故硬度值不如布氏法准确。C、维氏硬度（HV） 维氏硬度试验也是一种压痕试验方法，是将一个相对面夹角为1360的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力（F）压入试验表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量压痕两对角线长度。 维氏硬度值是试验力除以压痕表面积所得之商，其计算公式为： 式中：HV--维氏硬度符号，N/mm2(MPa)；
如何检测金属硬度的方法 硬度是固体材料表而抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，它是衡量材料软硬程度的一个指标，抵抗能力越高，硬度值就越高。硬度与材料的化学成分、组织状态、加工处理、工作环境和其机械性能等有关。 硬度值随硬度试验方法的小同，其物理意义也小同。硬度试验根据其测试方法的小同可分为静压法(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、iy温硬度等多种方法。一般试验钢铁硬度最普通方法是锉试法:即用锉刀在工件边缘上锉，由其表而)听呈现的擦痕深浅以判定其硬度的iy低，但这种方法检测小准确，故小太科学。而用硬度试验机来检验硬度值比较准确，是现代试验硬度所常用的方法。目前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。 布氏硬度(HB) 布氏硬度值是用载荷除以压痕(球形表而积)所得的商以HB [N (kgf/mm2]表示。(摇摆硬度计https://www.doczj.com/doc/ac14127094.html, )它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而，保持规定时间，然后卸荷，测量被测表而压痕直径。一般为:以3000kg的载荷将直径为lOmm的淬硬钢球压入材料表而，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕而积之比值即为布氏硬度值(HB )，单位为kgf/mm2(N/mm2)。布氏硬度(HB)和抗拉强度有一定的近似关系，一般用于较软材料的硬度检测。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、合金结构钢等毛胚或半成品的硬度，但由于布氏硬度压痕较大，属于有损检测，故小适合测成品和薄片。布式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。布氏硬度检测最大限值为HB650,一般当HB>450或者试样过小时，小能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。 洛氏硬度(HRC) 洛氏硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度值指标。它是用一个顶角120“的金刚石圆锥体或直径为1.58mm ,3.18mm的淬硬钢球，在一定载荷卜压入被测材料表而，以0.002毫米作为一个硬度单位，由压痕的深度求出材料的硬度。洛氏硬度值是一无名数，没有单位。根据试验标尺小同，分二种小同的标度用HRA,HRB,HRC来表示。 HRA:是采用60kg载荷用钻石锥压入器压入求得的硬度，用于硬度极iu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载荷用钻石锥压入器压入求得的硬度，用于硬度很iu的材料(如淬火钢等)。根据试验材料硬度的小同，二种小同标度的测量范围和应用范围也同。HRC适用范围HRC20 - 67(相当于HB225-650)，若硬度iu于此范围则用HRA检测若硬度低于此范围则用洛氏硬度HRB 检测。一般生产中HR(用得最一泛。 洛氏硬度压痕较小，司一测较薄得材料和硬得材料和成品件得硬度，司一直接在表盘上显示、也可以数字显示，操作方便，快捷直观，适用于大量生产中。洛氏硬度测量值有局部性，须测数点后求平均值，归于无损检测一类适用成品和薄片。 维氏硬度(HV) 维氏硬度(H均是以120kg以内的载荷和顶角为136“的金刚石方形锥压入器压入材料的表而，用材料压痕(f"1坑的表而积)除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)HV适用于显微镜分析，适合测量极薄试样。在一定条件下，HB与HRC可以查表4.换，其经验公式为HRC=1/10HB实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高塑性变形抗力越高因此，硬度试验是机械性能
硬度知识 一、硬度简介： 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 1.布氏硬度(HB) 以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)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，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 2.洛氏硬度(HR) 当HB>450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)。 3 维氏硬度(HV) 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度HV值(kgf/mm2)。 ############################################################################################# 注： 洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C为三种不同的标准，称为标尺A、标尺B、标尺C。 洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一，三种标尺的初始压力均为98.07N(合10kgf)，最后根据压痕深度计算硬度值。标尺A使用的是球锥菱形压头，然后加压至588.4N(合60kgf)；标尺B使用的是直径为1.588mm(1/16英寸)的钢球作为压头，然后加压至980.7N(合100kgf)；而标尺C使用与标尺A相同的球锥菱形作为压头，但加压后的力是1471N(合150kgf)。因此标尺B适用相对较软的材料，而标尺C适用较硬的材料。实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。但各种材料的换算关系并不一致。本站《硬度对照表》一文对钢的不同硬度值的换算给出了表格，请查阅。 ##############################################################################################
金属材料硬度测试实验集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]
实验报告 课程名称：材料性能研究技术成绩：实验名称：金属材料硬度测试实验批阅人： 实验时间：实验地点：x5406报告完成时间：2 姓名：学号：班级： 同组实验者：指导教师： 一、实验目的 1.了解不同类型硬度测试的基本原理。 2.了解不同类型硬度测试设备的特点及应用范围。 3.掌握各类硬度计的操作方法。 二、实验原理 金属的硬度可以认为是金属材料表面在压应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测试能够给出金属材料软硬度的定量概念，即：硬度示值是表示材料软硬程度的数量指标。由于在金属表面以下不同深度处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量应变抗力、应变强化能力以及大量形变抗力。硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形的能力越大，材料产生塑性变形就越困难。硬度的大小对于机械零件或工具的使用寿命具有重要的影响。 硬度测试方法有很多，大体可以分为弹性回跳法（如肖氏硬度）、压入法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度）和划痕法（如莫氏硬度）等三类。 硬度是表征金属材料软硬程度的一种性能，其物理意义随着试验方法的不同而表示不同的意义。其中弹性回跳法主要表征金属弹性变形功的能力；压入法主要表征金属塑性变形抗力及应变硬化能力；而划痕法主要表征金属切断能力。 下面介绍三种最常用的硬度测试方法： 1、布氏硬度 （1）布氏硬度试验原理 用一定直径D（mm）的硬质合金球作为压头，用一定的试验力F（N），将其压入试样表面，经过规定的保持时间t（s）之后卸载试验力，观察试样表面，会发现有残留压痕（如图1）。测残留压痕的平均直径d（mm），然后求出压痕球形面积A（mm2）。布氏硬度值（HBW）就是试验力F除以压痕表面积A所得的商，F以N作为单位时，其计算公式为 注：布氏硬度值不标出单位 布氏硬度试验用的压头球直径有10mm、5mm、2.5mm和1mm四种，主要根据试验厚度选择，选择要求是使压痕深度h小于试样厚度的1/8。当试样厚度足够时，应尽量选用10mm的压头球。 （2）布氏硬度的特点 布氏硬度试验时一般采用直径较大的压头球，所以它所得的压痕面积会比较大。
金属材料硬度的测定方法 1．金属材料的力学性能 金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下表现出来的特性，如强度、塑性、硬度、冲击韧度等。强度是指材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。以屈服强度σs和抗拉强度σb最为常用。塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，常用延伸率(δ)和断面收缩率(ф)作为材料的塑性指标。冲击韧度是指材料抵抗冲击载荷的能力。金属材料韧性的好坏用冲击韧度值衡量。硬度是指金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。工程上常用的有布氏硬度和洛氏硬度。 图1?布氏硬度试验原理图 (1)布氏硬度布氏硬度试验是用一定的载荷P，将直径为D的淬火钢球，在一定压力作用下，压入被测金属的表面(图1)，保持一定的时间后卸去载荷，以载荷与压痕表面积的比值作为布氏硬度值，用HB表示。HB值愈大，材料愈硬。 用布氏硬度试验测材料的硬度值，其测试数据比较准确，但不能测太薄的试样和硬度较高的材料。 (2)洛氏硬度洛氏硬度试验是用一定的载荷将顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球压入被测试样表面，然后根据压痕的深度来确定它的硬度值。 用洛氏硬度计可以测量从软到硬的各种不同材料，这是因为它采用了不同的压头和载荷，组成各种不同的洛氏硬度标度，如HRA、HRB、HRC。 2．硬度测定方法 （1）布氏硬度测定方法。图2为HB－3000布氏硬度计。测定硬度时其基本操作和程序如下： 图2?HB－3000布氏硬度计 1—指示灯2—压头3—工作台4—立柱5—丝杠6—手轮7—载荷砝码8—压紧螺钉9—时间定位器10—加载按钮1）将试样平稳放在工作台上，转动手轮使工作台徐徐上升使试样与压头接触（应注意压头固定是否可靠），到手轮打滑为至,此时初载荷已加上。 2）按下加载按钮，加荷指示灯亮，自动加载并卸载指示灯灭。 3）逆时针转动手轮，使工作台下降，取下试样。 4）用读数放大镜测量压痕直径，测得压痕直径后从表中查出布氏硬度值。 （2）洛氏硬度测定方法。以HRC测试为例（图3a），它是采用顶角为120°金刚石圆锥压头，总载荷为1500N。测试时先加预载荷100N，压头从起始位置0—0到1—1位置，压入试件深度为h1，后加总载荷1500N（实为主载荷1400N 加上预载荷100N），压头位置为2一2，压入深度为h2，停留数秒后，将主载荷1400N卸除，保留预载荷100N。由于被测试件弹性变形恢复，压头略为提高，位置为3—3，实际压入试件深度为h3，因此在主载荷作用下，压头压入试件的深度h=h3一h1。为了便于从硬度计表盘上直接读出硬度值，一是规定表盘上每一小格相当于0．002mm压深，二是将HRC值用HRC=100一的公式表示，从而符合人们的习惯概念，即材料越硬，硬度值（HRC）越高。洛氏硬度试验过程如图3b所示。 图3a?洛氏硬度测定原理示意图 图3b?洛氏硬度测定过程
ASTM E10-10金属材料布氏硬度的标准试验方法本标准按固定的编号E10发布，紧随标记后的数字代表最初实施的年份，在经修订的情况下，代表最新修订本的年份。括号中的数字代表最近一次复审的年份，右上标(ε)表示自上次修订或复审以来所作的编辑上的修改。 本标准业经批准供美国国防部的机构使用。 1.范围 1.1本试验方法适用于通过布氏压痕硬度原理测定金属材料布氏硬度。本标准包括布氏硬度试验机的要求和布氏硬度试验执行程序。 1.2本标准包括以下四个附件的附加信息要求： 布氏硬度试验设备的检定附录A1 布氏硬度标准化设备附录A2 布氏硬度压头的标定附录A3 布氏硬度试验块的标定附录A4 1.3本标准包括布氏硬度试验相关的非强制性的附件信息： 布氏硬度数值表附件X1 确定布氏硬度不确定性程序的举例附录X2 1.4布氏硬度开始提出这个概念之时，力值水平采用千克-力（kgf）作为单位。尽管本标准规定力值采用SI国际体系单位（即牛顿N），但由于历史沿革和方便继续使用kgf单位等原因，本标准还采用kgf单位表示的数值作为参考信息，同时本标准的多数讨论所涉及的力值单位均为kgf单位。 1.5本标准并不涉及与使用本标准有关的所有安全问题，若有任何安全问题。在使用本标准以前，制定适当安全和健康操作规范并确定规定极限值的适用性，是本标准用户的职责。 2.引用文件 2.1ASTM标准 E29试验数据采用有效数字确定符合规范的标准方法 E74对用于验证试验机力值指示的测力仪进行校准的校准方法
E140布氏硬度、维氏硬度、洛氏硬度、洛氏表面硬度、努氏硬度和肖氏硬度的材料硬度转换表 E384材料努氏和维氏硬度标准测试方法 2.2美国轴承供应商协会标准 ABMA10-1989金属压球 2.3ISO标准 ISO/IEC17011合格评定认可机构通用要求 ISO/IEC17025校准和试验执行通用要求 3.术语和等式 3.1定义 3.1.1校准—通过与仲裁设备或仲裁标准装置测定的数值相互比较，确定关键参数的数值。 3.1.2检定—进行检查或测试，以确保符合规范要求。 3.1.3标准化—通过检定或校准，使得与已知标准试块一致。 3.1.4布氏硬度试验—采用鉴定试验机施加力值到某一压头（直径为D的硬质合金压球），在规定的条件下，将压头压入材料表面，则该压痕硬度试验称为布氏硬度试验。力值移除之后，测量压痕直径d。 3.1.5布氏硬度数值—正比于与试验力除以凹痕曲面面积的商的数，假定凹痕是球形的，并具有该球的直径。 3.1.6布氏硬度刻度—用于识别用于执行布氏硬度试验的压头直径和施加力值特定组合的某一称号。 3.1.7布氏硬度试验机—普通试验用途用布氏硬度设备。 3.1.8布氏硬度标准化设备—用于布氏硬度试块标准化的布氏硬度设备。标准化设备与常规布氏硬度试验机不同，通常某些参数设置为较紧公差。 3.1.9力值-直径比率—该比率指试验力（单位为kgf）除以压头直径(单位为mm)的比值（见表1）。 3.2等式： 3.2.1布氏硬度数值计算公式如下：
布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA，HRB，HRC)、维氏硬度(HV)，其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。而里氏硬度（HL）、肖氏硬度(HS)则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性变形功的大小。因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。 1、钢材的硬度：金属硬度(Hardness)的代号为H。按硬度试验方法的不同，●常规表示有布氏（HB）、洛氏（HRC）、维氏（HV）、里氏（HL）硬度等，其中以HB及HRC较为常用。●HB应用范围较广，HRC适用于表面高硬度材料，如热处理硬度等。两者区别在于硬度计之测头不同，布氏硬度计之测头为钢球，而洛氏硬度计之测头为金刚石。●HV-适用于显微镜分析。维氏硬度(HV) 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。●HL手提式硬度计，测量方便，利用冲击球头冲击硬度表面后，产生弹跳；利用冲头在距试样表面1mm处的回弹速度与冲击速度的比值计算硬度，公式：里氏硬度HL=1000×VB（回弹速度）/ VA（冲击速度）。便携式里氏硬度计用里氏（HL）测量后可以转化为：布氏（HB）、洛氏（HRC）、维氏（HV）、肖氏（HS）硬度。或用里氏原理直接用布氏（HB）、洛氏（HRC）、维氏（HV）、里氏（HL）、肖氏（HS）测量硬度值。 2、HB - 布氏硬度；布氏硬度(HB)一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)一般用于硬度较高的材料，如热处理后的硬度等等。布式硬度(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。布式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(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)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，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 3、洛式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HB>450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)。另外： 1.HRC含意是洛式硬度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HB225－－650 若硬度高于此范围则用洛式硬度A标尺HRA。若硬度低于此范围则用洛式硬度B标尺HRB。布式硬度上限值HB650,不能高于此值。 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150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.洛式硬度压痕很小，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。布式硬度压痕较大，测量值准，不适用成品和薄片，一般不归于无损检测一类。 6.洛式硬度的硬度值是一无名数，没有单位。（因此习惯称洛式硬度为多少度是不正确的。）布式硬度的硬度值有单位，且和抗拉强度有一定的近似关系。 7.洛式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，适用于大量生产中。布式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：1HRC≈1/10HB。硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验，生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。 金属材料硬度对照表 硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验，生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。
实验五硬度实验 一．实验目的 1．了解硬度测定的基本原理及应用范围。 2．了解布氏硬度实验机的主要结构及操作方法。 二．概述 硬度是指材料对另一较硬物体压入表面的抗力，是重要的机械性能之一。它是给初级金属材料软硬程度的数量概念，硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难，硬度实验方法简单，操作方便，出结果快，又无损于零件，因此被广泛应用。测定金属硬度的方法很多，有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。 1．布氏硬度（HB） （1）布氏硬度实验的基本原理 布氏硬度实验是以一定直径的钢球施加一定负荷P，压入被测金属表面（如图1所 示）保持一定时间，然后卸荷，根据金属表面的压痕面积F求应力值，以此作为硬度值的计量指标，以HB表示，则 （5-1） 式中：P—负荷（kgf）； D—钢球直径（mm） h—压痕深度（mm）
图5-1 布氏硬度实验原理图 由于测量压痕d要比测量压痕深度h容易，将h用d代换，这可由图5-1（b）中的△Oab关系求出： （5-2） 将式（5-2）代入式（5-1）即得： （5-3） 式（5-3）中，只有d是变数，所以只要测量出压痕直径，就可根据已知的D和P值计算出HB值。在实际测量时，可根据HB、D、P、d的值所列成的表，若D、P已选定，则只需用读数测微尺（将实际压痕直径d放大10倍的测微尺）测量压痕直径d，就可直接查表求得HB值。 由于金属材料有硬有软，所测工件有厚有薄，若采用同一种负荷（如 3000kgf）和钢球直径（如10mm）时，则对硬的金属适合，而对软的金属就不合适，会使整个钢球陷入金属中；若对厚的工件适合，而对薄的金属则可能压透，所以规定测量不同材料的布氏硬度值时，要有不同的负荷和钢球直径，为了保持统一的，可以相互进行比较的数值，必须使P和D之间保持某一比值关系，以保证所得到的压痕形状的几何相似关系，其必要条件就是使压入角保持不便。 由图5-1（b）可知：
显微硬度的测定方法与设备一．显微硬度的基本概念 “硬度”是指固体材料受到其它物体的力的作用，在其受侵入时所呈现的抵抗弹性变形、塑性变形及破裂的综合能力。这种说法较接近于硬度试验法的本质，适用于机械式的硬度试验法，但仍不适用于电磁或超声波硬度试验法。“硬度”这一术语，并不代表固体材料的一个确定的物理量，而是材料一种重要的机械性能，它不仅取决于所研究的材料本身的性质，而且也决定于测量条件和试验法。因此，各种硬度值之间并不存在着数学上的换算关系，只存在着实验后所得到的对照关系。 “显微硬度”是相对“宏观硬度”而言的一种人为的划分。目前这一概念参照国际标准ISO6507/1-82“金属材料维氏硬度试验”中规定“负荷小于0.2kgf（1.961N）维氏显微硬度试验”及我国国家标准GB4342-84“金属显微维氏硬度试验方法”中规定“显微维氏硬度”负荷范围为“0.01~0.2kgf（98.07×10-3~1.961N）”而确定的。负荷≤0.2kgf（≤1.961N）的静力压入被试验样品的试验称为显微硬度试验。 以实施显微硬度试验为主，负荷在0.01~1kgf（9.907×10-3~9.807N）范围内的硬度计称为显微硬度计。 显微硬度的测试原理是采用一定锥体形状的金刚石压头，施以几克到几百克质量所产生的重力（压力）压入试验材料表面，然后测量其压痕的两对角线长度。由于压痕尺度极小，必须在显微镜中测量。 二．显微硬度试验方法 显微硬度测试采用压入法，压头是一个极小的金刚石锥体，按几何形状分为两种类型，一种是锥面夹角为136?的正方锥体压头，又称维氏（Vickers）压头，另一种是棱面锥体压头，又称努普（knoop）压头。这两种压头分别示于图8-1a和图8-1b中。 图8-1a 维氏压头图8-1b 努氏压头 2.1 维氏（Vickers）硬度试验法 1．维氏压头 二相对棱面间的夹角为136?金刚石正方四棱角锥体，即为维氏压头（图8-1a）。 2．维氏硬度 维氏压头在一定的负荷作用下，垂直压入被测样品的表面产生凹痕，其每单位面积所承受力的大小即为维氏硬度。 维氏硬度计算公式： 式中：Hv—维氏硬度（kgf/mm2）；
金属材料检测报告 抗拉强度（tensilestrength） 试样拉断前承受的最大标称拉应力。 抗拉强度是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临 界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。对于塑性材料，它表征材料最大均匀塑性变形的抗力，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的，但超出之后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形；对于没有(或很小)均匀塑性变形的脆性材料，它反映了材料的断裂抗力。符号为RM，单位为MPA。 试样在拉伸过程中，材料经过屈服阶段后进入强化阶段后随着 横向截面尺寸明显缩小在拉断时所承受的最大力（Fb），除以试样原横截面积（So）所得的应力（σ），称为抗拉强度或者强度极限（σb），单位为N/mm2（MPa）。它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。计算公式为： σ=Fb/So 式中：Fb--试样拉断时所承受的最大力，N（牛顿）；So--试样原始横截面积，mm2。抗拉强度（Rm）指材料在拉断前承受最大应力值。 当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变 形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈
缩现象，直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。单位:kn/mm2(单位面积承受的公斤力) 抗拉强度：Tensilestrength. 抗拉强度=Eh，其中E为杨氏模量，h为材料厚度 目前国内测量抗拉强度比较普遍的方法是采用万能材料试验机等来进行材料抗拉/压强度的测定! 屈服强度（yieldstrength） 屈服强度：是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。大于此极限的外力作用，将会使零件永久失效，无法恢复。如低碳钢的屈服极限为207MPa，当大于此极限的外力作用之下，零件将会产生永久变形，小于这个的，零件还会恢复原来的样子。 yieldstrength，又称为屈服极限，常用符号δs，是材料屈服的临界应力值。 （1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是屈服点的应力（屈服值）； （2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值（通常为0.2%的原始标距）时的应力。通常用作固体材料力学机械性质的评价指标，是材料的实际使用极限。因为在应力超过材料屈服极限后产生塑性变形，应变增大，使材料失效，不能正常使用。