硬度概念和分類(lèi)

物理學(xué)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱(chēng)為硬度。固體對(duì)外界物體入侵的局部抵抗能力，是比較各種材料軟硬的指標(biāo)。由于規(guī)定了不同的測(cè)試方法，所以有不同的硬度標(biāo)準(zhǔn)。各種硬度標(biāo)準(zhǔn)的力學(xué)含義不同，相互不能直接換算，但可通過(guò)試驗(yàn)加以對(duì)比。

金屬硬度檢測(cè)方法有里氏硬度、肖氏硬度、布氏硬度、韋氏硬度、超聲波硬度等。

硬度（Hardness）

（1）洛氏硬度

是以壓痕塑性變形深度來(lái)確定硬度值指標(biāo)。以0.002毫米作為一個(gè)硬度單位。當(dāng)HB>450或者試樣過(guò)小時(shí)，不能采用布氏硬度試驗(yàn)而改用洛氏硬度計(jì)量。它是用一個(gè)頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測(cè)材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。根據(jù)試驗(yàn)材料硬度的不同，分三種不同的標(biāo)度來(lái)表示：

HRA：是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料(如硬質(zhì)合金等)。

HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。

HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。

（2）布氏硬度

布氏硬度(HB)一般用于材料較軟的時(shí)候，如有色金屬、熱處理之前或退火后的鋼鐵。洛氏硬度(HRC)一般用于硬度較高的材料，如熱處理后的硬度等等。

布氏硬度(HB)是以一定大小的試驗(yàn)載荷，將一定直徑的淬硬鋼球或硬質(zhì)合金球壓入被測(cè)金屬表面，保持規(guī)定時(shí)間，然后卸荷，測(cè)量被測(cè)表面壓痕直徑。布氏硬度值是載荷除以壓痕球形表面積所得的商。一般為：以一定的載荷將一定大小的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時(shí)間，去載后，負(fù)荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值(HB)，單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。測(cè)試載荷與測(cè)試鋼球的直徑需根據(jù)材料的實(shí)際性能再確定。

（3）維氏硬度

維氏硬度試驗(yàn)方法是英國(guó)史密斯（R.L.Smith）和塞德蘭德（C.E.Sandland）于1925年提出的。英國(guó)的維克斯—阿姆斯特朗（Vickers-Armstrong）公司試制了第一臺(tái)以此方法進(jìn)行試驗(yàn)的硬度計(jì)。和布氏、洛氏硬度試驗(yàn)相比，維氏硬度試驗(yàn)測(cè)量范圍較寬，從較軟材料到超硬材料，幾乎涵蓋各種材料。

維氏硬度的測(cè)定原理基本上和布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積上的載荷來(lái)計(jì)算硬度值。所不同的是維氏硬度試驗(yàn)的壓頭是金剛石的正四棱錐體。試驗(yàn)時(shí)，在一定載荷的作用下，試樣表面上壓出一個(gè)四方錐形的壓痕，測(cè)量壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度，借以計(jì)算壓痕的表面積，載荷除以表面積的數(shù)值就是試樣的硬度值，用符號(hào)HV表示。

（4）里氏硬度

里氏硬度是以HL表示，里氏硬度測(cè)試技術(shù)是由瑞士狄爾馬，里伯博士發(fā)明的，它是用一定質(zhì)量的裝有碳化鎢球頭的沖擊體，在一定力的作用下沖擊試件表面，然后反彈。由于材料硬度不同，撞擊后的反彈速度也不同。在沖擊裝置上安裝有永磁材料，當(dāng)沖擊體上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，其外圍線(xiàn)圈便感應(yīng)出與速度成正比的電磁信號(hào)，再通過(guò)電子線(xiàn)路轉(zhuǎn)換成里氏硬度值。

（5）肖氏硬度

簡(jiǎn)稱(chēng)HS。表示材料硬度的一種標(biāo)準(zhǔn)。由英國(guó)人肖爾(Albert F.Shore)首先提出。

應(yīng)用彈性回跳法將撞銷(xiāo)從一定高度落到所試材料的表面上而發(fā)生回跳。撞銷(xiāo)是一只具有尖端的小錐，尖端上常鑲有金剛鉆。測(cè)試數(shù)值為1000x撞銷(xiāo)返回速度/撞銷(xiāo)初始速度（即為碰撞前后的速度比乘以1000）

（6）巴氏硬度

巴柯?tīng)?Barcol)硬度(簡(jiǎn)稱(chēng)巴氏硬度), 最早由美國(guó) Barber-Colman公司提出，是近代國(guó)際上廣泛采用的一種硬度門(mén)類(lèi)，　一定形狀的硬鋼壓針，在標(biāo)準(zhǔn)彈簧試驗(yàn)力作用下，壓入試樣表面，用壓針的壓入深度確定材料硬度，定義每壓入0.0076mm為一個(gè)巴氏硬度單位。巴氏硬度單位表示為HBa。

（7）努氏硬度

努氏硬度是作為絕對(duì)數(shù)值而測(cè)得的硬度，主要在加工方面使用該數(shù)值。一般來(lái)說(shuō)，金剛石的努氏硬度為7000~8000千克/平方毫米

（8）韋氏硬度

一定形狀的硬鋼壓針，在標(biāo)準(zhǔn)彈簧試驗(yàn)力作用下壓入試樣表面，用壓針的壓入深度確定材料硬度，定義0.01mm的壓入深度為一個(gè)韋氏硬度單位。韋氏硬度單位表示為HW。

硬度檢測(cè)種類(lèi)

1. HRA:(洛氏A)用于量測(cè)熱處理硬質(zhì)鋼材、氮化物、滲碳冶煉物、軸承鋼、工具鋼及其它軟硬材質(zhì)的硬度測(cè)試。

2. HK:(Knoop 努氏)用于量測(cè)較軟材質(zhì)的鋼及非鐵材料之硬度。

3. HRC:(Rockwell C洛氏)用于量測(cè)熱處理鋼材、氮化物、滲碳冶煉物、軸承鋼、工具鋼等。

4. HRB:(Rockwell B洛氏)用于量測(cè)較軟材質(zhì)的鋼及非鐵材料之硬度。

5. HR30T:(Rockwell 30T洛氏) 用于量測(cè)較軟材質(zhì)的鋼及非鐵材料之硬度。

6. HB5:(Brinell 布氏5)用于量測(cè)鋁、軟質(zhì)鋁合金、鑄鐵、銅、黃銅等。

7. HB30:(Brinell 布氏30)用于熱處理鋼、退火深冷處理鋼材、沖拉材料鋼、深沖鋼帶料等。

8. HV:(Vickers維氏)適用于量測(cè)各類(lèi)材料。

9. R:(Tensile module拉伸模數(shù) N/mm2)用于熱處理鋼、退火深冷處理鋼材、沖拉材料鋼、深沖鋼帶料等。

10. HR15N:(Rockwell 洛氏HR15N)用于量測(cè)熱處理硬質(zhì)鋼材、氮化物、滲碳冶煉物、軸承鋼、工具鋼等。

硬度標(biāo)準(zhǔn)匯總

金屬材料的硬度檢測(cè)有洛氏硬度、布氏硬度、維氏硬度等檢測(cè)方法。對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有：

• GB/ T230. 1 —2009 《金屬洛氏硬度試驗(yàn)第1 部分：試驗(yàn)方法》

• GB/ T231. 1 —2002 《金屬布氏硬度試驗(yàn)第1 部分：試驗(yàn)方法》

• GB/T4340. 1 —2009《金屬維氏硬度試驗(yàn)第1 部分：試驗(yàn)方法》

• GB/T 17394-2014 《金屬里氏硬度試驗(yàn)方法》

• GB/T 18449.1-2009 《金屬材料努氏硬度試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法》

• GB/T 4341-2014《金屬肖氏硬度試驗(yàn)方法》