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：
维氏硬度计的使用方法 维氏硬度的表示方法 维氏硬度表示为HV ，维氏硬度符号HV 前面的数值为硬度值，后面为试验力值。标准的试验保持时间为10～15S 。如果选用的时间超出这一范围，在力值后面还要注上保持时间。例如： 600HV30—表示采用294.2N （30kg ）的试验力，保持时间10～15S 时得到的硬度值为600。 600HV30/20—表示采用294.2N （30kg ）的试验力，保持时间20S 时得到的硬度值为600。采用正四棱锥体金刚石压头，在试验力作用下压入试样表面，保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角线长度。 1. 试验力除以压痕表面积的商就是维氏硬度值。维氏硬度值按式（３－１）计算： HV = 常数×试验力/压痕表面积≈0.1891 F／d2 …………（3－1）式中：HV ————维氏硬度符号； F ―――― 试验力，N ； d ————压痕两对角线d1、d2的算术平均值，mm 实用中是根据对角线长度d 通过查表得到维氏硬度值。 国家标准规定维氏硬度压痕对角线长度范围为0.020～1.400mm 3.维氏硬度试验的分类和试验力选择 维氏硬度试验按试验力大小的不同，细分为三种试验，即：维氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验和显微维氏硬度试验。 表3-1维氏硬度试验的三种方法
维氏硬度试验可选用的试验力值很多，见表3-2。 表3-2推荐的维氏硬度试验力 试验力的选择要根据试样种类、试样厚度和预期的硬度范围而定。标准规定，试样或试验层的厚度至少为压痕对角线长度的1.5倍。试验后试样背面不应出现可见的变形痕迹。 维氏硬度试验的优点： 维氏硬度试验的压痕是正方形，轻廓清晰，对角线测量准确，因此，维氏硬度试验是常用硬度试验方法中精度最高的，同时它的重复性也很好，这一点比布氏硬度计优越。 维氏硬度试验测量范围宽广，可以测量目前工业上所用到的几乎全部金属材料，从很软的材料（几个维氏硬度单位）到很硬的材料（3000个维氏硬度单位）都可测量。 维氏硬度试验最大的优点在于其硬度值与试验力的大小无关，只要是硬度均匀的材料，可以任意选择试验力，其硬度值不变。这就相当于在一个很宽广的硬度范围内具有一个统一的标尺。这一点又比洛氏硬度试验来得优越。 在中、低硬度值范围内，在同一均匀材料上，维氏硬度试验和布氏硬度试验结果会得到近似的硬度值。例如，当硬度值为400以下时，HV ≈HB ，如图3-2所示。 维氏硬度试验的试验力可以小到10gF ，压痕非常小，特别适合测试薄小材料。 维氏硬度试验的缺点： 维氏硬度试验效率低，要求较高的试验技术，对于试样表面的光洁度要求较高，通常需要制作专门的试样，操作麻烦费时，通常只在实验室中使用。
二 硬 度 1、硬度试验 1.1硬度（hardness ） 材料抵抗弹性变形、塑性变形、划痕或破裂等一种或多种作用同时发生的能力。 最常用的有：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、努氏硬度、 肖氏硬度等。 1.2布氏硬度试验（Brinell hardness test ） 对一定直径的硬质合金球加规定的试验力压入试样表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，测量试样表面的压痕直径。布氏硬度与试验力除的压痕表面积的商成正比。 HBW=K · ) (22 2 d D D D F ??π 式中：HBW ——布氏硬度； K ——单位系数 K=0.102； D ——压头直径mm ； F ——试验力N ； D ——压痕直径mm 。 标准块硬度值的表示方法，符号HBW 前为硬度值，符号后按顺序用数字表示球压头直径（mm ），试验力和试验力保持时间（10~15S 可不标注）。如350HBW5/750。表示用直径5mm 的硬质合金球在7.355KN 试验力下保持10~15S 测定的布氏硬度值为350，600HBW1/30/20表示用直径1mm 的硬质合金球在294.2N 试验力下保持20S 测定的布氏硬度值为600。 1.3洛氏硬度试验（Rockwell hardness test ） 在初试验力F 。及总试验力F 先后作用下，将压头（金刚石圆锥、钢球或硬质合金球）压入试样表面，经规定保持时间后，卸除主试验力F 1，测量在初试验力下的残余压痕深度h 。 HR=N- s h 式中：HR ——洛氏硬度； N ——给定标尺的硬度常数； H ——卸除主试验力后，在初试验力下压痕残留的深度（残余压痕深度）；mm ； S ——给定标尺的单位；mm 。 A 、C 、D 、N 、T 标尺N=100， B 、E 、F 、G 、H 、K 标尺N=130；A 、B 、 C 、 D 、 E 、
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
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。 ##############################################################################################
硬度测量实验报告 Prepared on 22 November 2020
硬度测量实验报告 一、实验目的 1. 了解常用硬度测量原理及方法； 2. 了解布氏和洛氏硬度的测量范围及其测量步骤和方法； 二、实验设备 洛氏硬度计、布洛维硬度计、轴承、试块 三、实验原理 1.硬度是表示材料性能的指标之一，通常指的是一种材料抵抗另一较硬的具有一定形状和尺寸的物体（金刚石压头或钢球）压入其表面的阻力。由于硬度试验简单易行，又无损于零件，因此在生产和科研中应用十分广泛。常用的硬度试验方法有：洛氏硬度计，主要用于金属材料热处理后的产品性能检验。布氏硬度计，应用于黑色、有色金属材料检验，也可测一般退火、正火后试件的硬度。 2.洛氏硬度 洛氏硬度测量法是最常用的硬度试验方法之一。它是用压头(金刚石圆锥或淬火钢球)在载荷(包括预载荷和主载荷)作用下，压入材料的塑性变形浓度来表示的。通常压入材料的深度越大，材料越软；压入的浓度越小，材料越硬。下图表示了洛氏硬度的测量原理。 图：未加载荷，压头未接触试件时的位置。
2-1：压头在预载荷P0作用下压入试件深度为h0时的位置。h0包括预载所相起的弹形变形和塑性变形。 2-2：加主载荷P1后，压头在总载荷P= P0+ P1的作用下压入试件的位置。 2-3：去除主载荷P1后但仍保留预载荷P0时压头的位置，压头压入试样的深度为 h1。由于P1所产生的弹性变形被消除，所以压头位置提高了h，此时压头受主载荷作用实际压入的浓度为h= h1- h0。实际代表主载P1造成的塑性变形深度。 h值越大，说明试件越软，h值越小，说明试件越硬。为了适应人们习惯上数值越大硬度越高的概念，人为规定，用一常数K减去压痕深度h的数值来表示硬度的高低。并规定为一个洛氏硬度单位，用符号HR表示，则洛氏硬度值为： 3.布氏硬度 布氏硬度的测定原理是用一定大小的试验力F(N)把直径为D（mm）的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面，保持规定时间后卸除试验力，用读数显微镜测出压痕平均直径d(mm)，然后按公式求出布氏硬度HB值，或者根据 d从已备好的布氏硬度表中查出HB值。测量范围为8~650HBW 由于金属材料有硬有软，被测工件有厚有薄，有大有小，如果只采用一种标准的试验力F和压头直径D，就会出现对某些工件和材料的不适应的现象。因此，在生产中进行布氏硬度试验时，要求能使用不同大小的试验力和压头直径，对于同一种材料采用不同的F和D进行试验时，能否得到同一的布氏硬度值，关键在于压痕几何形状的相似，即可建立F和D的某种选配关系，以保证布氏硬度的不变性。特点：一般来说，布氏硬度值越小，材料越软，其压痕直径越大；反之，布氏硬度值越大，材料越
金属物理性能试验方法 GB/T351//1995金属材料电阻系数测量方法 GB/T1479//1984金属粉末松装密度的测定第1部分漏斗法 GB/T1480//1995金属粉末粒度组成的测定干筛分法 GB/T1481//1998金属粉末（不包括硬质合金粉末）在单轴压制中压缩性的测定GB/T1482//1984金属粉末流动性的测定标准漏斗法（霍尔流速计） GB/T2105//1991金属材料杨氏模量、切变模量及泊松比测量方法（动力学法）GB/T2522//1988电工钢片（带）层间电阻、涂层附着性、叠装系数测试方法GB/T2523//1990冷轧薄钢板（带）表面粗糙度测量方法 GB/T3651//1983金属高温导热系数测量方法 GB/T3655//2000用爱泼斯坦方圈测量电工钢片（带）磁性能的方法 GB/T3656//1983电工用纯铁磁性能测量方法 GB/T3657//1983软磁合金直流磁性能测量方法 GB/T3658//1990软磁合金交流磁性能测量方法 GB/T4067//1999金属材料电阻温度特征参数的测定 GB/T4339//1999金属材料热膨胀特征参数的测定 GB/T5026//1985软磁合金振幅磁导率测量方法 GB/T5158.4//2001金属粉末总氧含量的测定还原－提取法 GB/T5225//1985金属材料定量相分析X射线衍射K值法 GB/T5778//1986膨胀合金气密性试验方法 GB/T5985//1986热双金属弯曲常数测量方法 GB/T5986//2000热双金属弹性模量试验方法 GB/T5987//1986热双金属温曲率试验方法 GB/T6524//1986金属粉末粒度分布的测定光透法 …… 第二篇金属力学性能试验方法 GB/T228//2002金属材料室温拉伸试验方法 GB/T229//1994金属夏比缺口冲击试验方法 GB/T230//1991金属洛氏硬度试验方法 GB/T231//1984金属布氏硬度试验方法 GB/T1172//1999黑色金属硬度及强度换算值 GB/T1818//1994金属表面洛氏硬度试验方法 GB/T2038//1991金属材料延性断裂韧度Ｊ－－ＩＣ－试验方法 GB/T2039//1997金属拉伸蠕变及持久试验方法 GB/T2107//1980金属高温旋转弯曲疲劳试验方法 GB/T3075//1982金属轴向疲劳试验方法 GB/T3808//2002摆锤式冲击试验方法 GB/T4157//1984金属抗硫化物应力腐蚀开裂恒负荷拉伸试验方法
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：
显微维氏硬度检测细则 1、试用范围 本细则适用于维氏硬度压痕对角线长度范围为～。 2、原理 将顶部两相对面具有规定角度的正四棱锥体金刚石压头用一定的试验力压入试样表面，保持规时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角线长度。 维氏硬度值与试验力除以压痕表面积的商成正比，压痕被视为具有正方形基面并与压头角度相同的理想形状。 3、符号和说明 维氏硬度用HV表示，符号之前为硬度值，符号之后按如下顺序排列： 640 HV 30/20 640：硬度值 HV：硬度符号 30：实验力 20：实验力保持时间 4、试样
试件表面应平坦光滑，试验面上应无氧化皮及外来污物，尤其不应有油脂，除非在产品标准中另有规定。试验表面的质量应保证压痕对角线长度的测量精度，建议试验表面进行表面抛光处理。 制备试样时应使由于过热或冷加工等因素对试样表面硬度的影响减至最小。 由于显微维氏硬度压痕很浅，加工试样时建议根据材料特性采用抛光/ 电解抛光工艺。 试样或试验层厚度至少应为压痕对角线长度的倍，试验后试样背面不应出现可见变形压痕。 对于在曲面试样上试验的结果，应修正。 对于小截面或外形不规则的试样，可将试样镶嵌或使用专用试验台试验。 5、试验程序 试验一般在10℃-35℃室温下进行，对温度要求严格的试验，室温应为23℃±5℃。 试验台清洁且无其他污物（氧化皮、油脂、灰尘等）。试样应稳固地放置于刚性实验台上以保证实验过程中试样不产生位移。 使压头与试样表面接触，垂直于试验面施加试验力，加力过程中不应有冲击和振动，直至将试验力施加至规定值。从加力开始至全部试验力施加完毕的时间应在2s-8s之间。对于小力维氏硬度试验和显微维氏硬度试验，加力过程不能超过10s且压头下降速度应不大于s。 对于显微维氏硬度试验，压头下降速度应在15μm/s-70μm/s之间。
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。
实验一---材料的硬度测试
实验一材料的硬度测试 一、实验目的 掌握布、洛、维三种硬度的原理和测试方法。 掌握显微镜硬度的测试方法及原理。 给定各种状态的材料选择适用的硬度测试方 法。 二、实验原理 金属材料的硬度可以认为是金属材料表面 局部区域在接触应力作用下抵抗塑性变形或破 裂的能力。由于在金属表面以下不同深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反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力，是表征材料性能的一个综合参量。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。 硬度测量能够定量地给出金属材料软硬程 度的相对数量概念。 硬度的实验方法有十多种，基本可分为压入法和刻划法两大类。在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度。压入法又可分为布氏硬度、洛氏硬度等，它们只是一些不同的实验方法而已，没
有什么必然的内在关系。 压入法硬度实验有以下几方面的优点，导致它在生产和科研中的广泛应用： 1、硬度实验设备简单，操作迅速方便； 2、实验对象可以是各类工程材料和各种尺寸的零件，无须加工专门的试样，而且实验时一般不会破坏成品零件； 3、作为一种综合的性能参量，硬度与其他机械性能指标之间有着一定的内在联系，从一定程度上，可用硬度实验结果估算相关性能而免做复杂的实验。如：金属的硬度与强度指标之间存在着如下近似关系：б =K*HB b —材料的抗拉强度；K—系数，取式中：б b 值见表一；HB—布氏硬度。 4、材料的硬度还与工艺性能之间有联系，可以作为评定材料工艺性能的参考； 5、硬度能敏感地反映材料的成分与组织结构的变化，可用来检验原材料和控制冷热加工质量。
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。
维氏硬度以HV表示（参照GB/T4340-1999），测量极薄试样。 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)。
维氏硬度计的原理： 采用正四棱锥体金刚石压头，在试验力作用下压入试样表面，保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角线长度。 试验力除以压痕表面积的商就是维氏硬度值。维氏硬度值按式（3－1）计算：HV = 常数×试验力/压痕表面积≈0.1891 F／d2…………（3－1） 式中：HV ————维氏硬度符号； F ――――试验力，N； d ————压痕两对角线d1、d2的算术平均值，mm 实用中是根据对角线长度d通过查表得到维氏硬度值。 国家标准规定维氏硬度压痕对角线长度范围为～1.400mm 维氏硬度的表示方法 维氏硬度表示为HV，维氏硬度符号HV前面的数值为硬度值，后面为试验力值。标准的试验保持时间为10～15S。如果选用的时间超出这一范围，在力值后面还要注上保持时间。例如： 600HV30—表示采用（30kg）的试验力，保持时间10～15S时得到的硬度值为600。 600HV30/20—表示采用（30kg）的试验力，保持时间20S时得到的硬度值为600。维氏硬度试验的分类和试验力选择 维氏硬度试验按试验力大小的不同，细分为三种试验，即：维氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验和显微维氏硬度试验。见表 表维氏硬度试验的三种方法 维氏硬度试验可选用的试验力值很多，见表
试验力的选择要根据试样种类、试样厚度和预期的硬度范围而定。标准规定，试样或试验层的厚度至少为压痕对角线长度的倍。试验后试样背面不应出现可见的变形痕迹。 维氏硬度试验的优点 维氏硬度试验的压痕是正方形，轻廓清晰，对角线测量准确，因此，维氏硬度试验是常用硬度试验方法中精度最高的，同时它的重复性也很好，这一点比布氏硬度计优越。 维氏硬度试验测量范围宽广，可以测量目前工业上所用到的几乎全部金属材料，从很软的材料（几个维氏硬度单位）到很硬的材料（3000个维氏硬度单位）都可测量。 维氏硬度试验最大的优点在于其硬度值与试验力的大小无关，只要是硬度均匀的材料，可以任意选择试验力，其硬度值不变。这就相当于在一个很宽广的硬度范围内具有一个统一的标尺。这一点又比洛氏硬度试验来得优越。 在中、低硬度值范围内，在同一均匀材料上，维氏硬度试验和布氏硬度试验结果会得到近似的硬度值。例如，当硬度值为400以下时，HV≈HB。 维氏硬度试验的试验力可以小到10gF，压痕非常小，特别适合测试薄小材料。 维氏硬度试验的缺点 维氏硬度试验效率低，要求较高的试验技术，对于试样表面的光洁度要求较高，通常需要制作专门的试样，操作麻烦费时，通常只在实验室中使用。 维氏硬度计的应用 维氏硬度试验主要用于材料研究和科学试验方面小负荷维氏硬度试验主要用于测试小型精密零件的硬度，表面硬化层硬度和有效硬化层深度，镀层的表面硬度，薄片材料和细线材的硬度，刀刃附近的硬度，牙科材料的硬度等，由于试验力很小，压痕也很小，试样外观和使用性能都可以不受影响。显微维氏硬氏试验主要用于金属学和金相学研究。用于测定金属组织中各组成相的硬度，用于研究难熔化合物脆性等。显微维氏硬度试验还用于极小或极薄零件的测试，零件厚度可薄至3μm
金属材料硬度测试实验集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
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
金属硬度标准 金属的硬度是指金属材料抵抗硬物压入的能力.常用的硬度指标有: 布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。 金属的强度是指金属在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。常用的强度指标有：屈服强度、抗拉强度。 硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。对于金属材料的硬度，至今在国内外还没有一个包括所有试验方法的统一而明确的定义。就已经标准化的、被国内外普通采用的金属硬度试验方法而言，金属材料硬度的定义是:材料抵抗另一较硬材料压入的能力。 由于各种硬度试验方法原理的不同，“硬度”本身是一个不确定的物理量。即:对于同一试样，用不同方法测定的硬度值各不相同。各种硬度反映的是在各自规定的试验条件下(不同的压头和不同的试验力)所表现的材料弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。 PHR系列洛氏硬度计体积小，重量轻，操作简单，使用方便，精度较高，价格低廉，可以快速测试，直接读取硬度值。这是一种面向车间，面向个人，人人可用，随处可用的仪器。这种仪器的出现改变了传统的硬度测试概念，硬度测试不再是麻烦的、耗时的、需要专业人员在实验室里完成的。其简单方便，如同使用千分尺一样。这种仪器的使用，对于金属制品、机械加工行业具有重要意义，各种中小尺寸的金属零件都可以测试，应用范围十分广阔。这种仪器非常适于在生产现场对成批加工的成品或半成品工件做逐件检测。它可用于生产现场、销售现场和材料仓库。 将压头（金刚石圆锥、钢球或硬质合金球）按图所示，分两个步骤压入试样表面，保持规定时间后，卸除主试验力 F1 ，测量在初试验力 F0 作用下的残余压痕深度 h 。 根据 h 值及与标尺有关的常数 N 和 s ，用公式（ 1 ）计算洛氏硬度值： 洛氏硬度HR ………………（ 1 ） 对于标尺A、C、D，N=100，s=0.002；对于标尺B、E、F、G、H、K，N=130，s=0.002；对于标尺N、T，N=100，s=0.001。 每一洛氏硬度单位对应的压痕深度，洛氏硬度为0.002mm，表面洛氏硬度为 0.001mm。压痕越浅，硬度越高。 1—在初始试验力 F0 下的压入深度； 2—在总试验力 F0+F1 下的压入深度；3—去除主试验力 F1 后的弹性回复深度； 4—残余压入深度 h ； 5—试样表面； 6—测量基准面； 7—压头位置。 主要技术规格 硬度标尺： 洛氏—A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F 、 G 、 H 、 K 表面洛氏—15N 、 30N 、 45N 、 15T 、 30T 、 45T 加力方式： 直接加力 试验力： 洛氏—初试验力 10kg ，总试验力 60kg 、 100kg 、 150kg 表面洛氏—初试验力 3kg ，总试验力 15kg 、 30kg 、 45kg
·硬度知识 材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。试验钢铁硬度的最普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦,由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低。这种方法称为锉试法这种方法不太科学。用硬度试验机来试验比较准确,也是现代试验硬度常用的方法。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 硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标，它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。硬度不是一个简单的物理概念，而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。硬度试验根据其测试方法的不同可分为静压法（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、高温硬度等多种方法。布氏硬度以HB[N(kgf/mm2)]表示（HBS\HBW）（参照GB/T231－1984），生产中常用布氏硬度法测定经退火、正火和调质得刚件，以及铸铁、有色金属、低合金结构钢等毛胚或半成品的硬度。 洛氏硬度可分为HRA、HRB、HRC、HRD四种，它们的测量范围和应用范围也不同。一般生产中HRC用得最多。压痕较小，可测较薄的材料、硬的材料和成品件的硬度。 维氏硬度以HV表示（参照GB/T4340-1999），测量极薄试样。 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）/ V A（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