金属材料的硬度测定

                           金属材料的硬度测定

硬度分为：①划痕硬度。主要用于比较不同矿物的软硬程度，方法是选一根一端硬一端软的棒，将被测材料沿棒划过，根据出现划痕的位置确定被测材料的软硬。

定性地说，硬物体划出的划痕长，软物体划出的划痕短。②压入硬度。主要用于金属材料，方法是用一定的载荷将规定的压头压入被测材料，

以材料表面局部塑性变形的大小比较被测材料的软硬。由于压头、载荷以及载荷持续时间的不同，压入硬度有多种，主要是布氏硬度、洛氏硬度、

维氏硬度和显微硬度等几种。③回跳硬度。主要用于金属材料，方法是使一特制的小锤从一定高度自由下落冲击被测材料的试样，

并以试样在冲击过程中储存（继而释放）应变能的多少（通过小锤的回跳高度测定）确定材料的硬度。

硬度分类

划痕硬度

1722年，法国的R．-A．F．de列奥米尔首先提出了极粗糙的划痕硬度测定法。此法是以适当的力使被和材料在一根由一端硬渐变到另一端软的金属棒上划过，

根据棒上出现划痕的位置确定被测材料的硬度。1822年，F．莫斯以十种矿物的划痕硬度作为标准，定出十个硬度等级，称为莫氏硬度。

十种矿物的莫氏硬度级依次为：金刚石（10），刚玉（9），黄玉（8），石英（7），长石（6），磷灰石（5），萤石（4），方解石（3），石膏（2），滑石（1）。

其中金刚石最硬，滑石最软。莫氏硬度标准是随意定出的，不能精确地用于确定材料的硬度，例如10级和9级之间的实际硬度差就远大于2级和1级之间的实际硬度差。

但这种分级对于矿物学工作者野外作业是很有用的。

压入硬度

用一定的载荷将规定的压头压入被测材料，根据材料表面局部塑性变形的程度比较被测材料的软硬，材料越硬，塑性变形越小。压入硬度在工程技术中有广泛的用途。

压头有多种，如一定直径的钢球、金刚石圆锥、金刚石四棱锥等。载荷范围为几克力至几吨力（即几十毫牛顿至几万牛顿）。压入硬度对载荷作用于被测材料表面的持续时间也有规定。

主要的压入硬度有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等。

洛氏硬度

这种硬度测定法是美国的S．P．洛克韦尔于1919年提出的，它基本上克服了布氏测定法的上述不足。

洛氏硬度所采用的压头是锥角为120°的金刚石圆锥或直径为1/16英寸（1英寸等于25.4毫米）的钢球，并用压痕深度作为标定硬度值的依据。

测量时，总载荷分初载荷和主载荷（总载荷减去初载荷）两次施加，初载荷一般选用10千克力，加至总载荷后卸去主载荷，并以这时的压痕深度来衡量材料的硬度。洛氏硬度记为HR，所测数值写在HB后，洛氏硬度值计算公式为：

式中h表示塑性变形压痕深度（毫米）；k是规定的常量；分母中的0.002（毫米）是每洛氏硬度单位对应的压痕深度。

对应于金刚石圆锥压头的k=0.20（毫米），对应于钢球压头的k=0.26（毫米）。

为了适应极宽阔的测量范围，可采用改变载荷和更换压头两种办法。不同的载荷和压头组成不同的洛氏硬度标尺，常用的标尺有A、B、C三种。

标尺B用于中等硬度的金属材料，如退火的低碳钢和中碳钢、黄铜、青铜和硬铝合金；压头为直径1/16英寸的钢球；载荷为100千克力。

其标尺范围是由HRB0到HRB100，硬度高于HRB100时钢球可能被压扁。标尺C用于硬度高于HRB100的材料，如淬火钢、各种淬火和回火合金钢。

压头为顶角120°的金刚石圆锥；载荷为150千克力。标尺C的使用范围是从HRC20到HRC70，标尺B和C是洛氏硬度的标准标尺。

标尺A用于钨、硬质合金及其他硬材料，还用于淬硬的薄钢带。由于大载荷容易损坏金刚石压头，所以载荷改为60千克力。

标尺A是所有洛氏硬度标尺中唯一能在退火黄铜直到硬质合金这样广阔的硬度范围内使用的标尺。

洛氏硬度试验采用三种试验力，三种压头，它们共有9种组合，对应于洛氏硬度的9个标尺。这9个标尺的应用涵盖了几乎所有常用的金属材料。

最常用标尺是HRC、HRB和HRF，其中HRC标尺用于测试淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢。这是金属加工行业应用最多的硬度试验方法。

HRB标尺用于测试各种退火钢、正火钢、软钢、部分不锈钢及较硬的铜合金。HRF标尺用于测试纯铜、较软的铜合金和硬铝合金。

HRA标尺尽管也可用于大多数黑色金属，但是实际应用上一般只限于测试硬质合金和薄硬钢带材料。