金属硬度检测方法

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。

布氏硬度试验的缺点是压痕较大，成品检验有困难，试验过程比洛氏硬度试验复杂，测量操作和压痕测量都比较费时，并且由于压痕边缘的凸起、凹陷或圆滑过渡都会使压痕直径的测量产生较大误差，因此要求操作者具有熟练的试验技术和丰富经验，一般要求由专门的实验员操作。

1.3布氏硬度计的应用

布氏硬度计主要用于组织不均匀的锻钢和铸铁的硬度测试，锻钢和灰铸铁的布氏硬度与拉伸试验有着较好的对应关系。布氏硬度试验还可用于有色金属和软钢，采用小直径球压头可以测量小尺寸和较薄材料。布氏硬度计多用于原材料和半成品的检测，由于压痕较大，一般不用于成品检测。

1.4布氏硬度试验条件的选择

如同洛氏硬度试验关于标尺的选择一样，布氏硬度试验也要遇到试验条件的选择问题，即试验力F和压头球直径D的选择。这种选择不是任意的，而是要遵循一定的规则，并且要注意试验力和压头球直径的合理搭配，应用起来比洛氏硬度试验略显复杂。

布氏硬度试验最常用的试验条件是采用10mm直径的球压头，3000kg试验力。这一条件最能体现布氏硬度的特点。但是由于试样材质不同，硬度不同，试样大小，薄厚也不同，一种试验力，一种压头自然不能满足要求。在试验力和压头球直径的选择方面需要遵循的规则有2个。

1.4.1规则一，要使试验力和球压头直径的平方之比为一个常数。即

F/D2=F1/D12 = F2/D22 =K …………（1－3）

这个规则来源于相似律。根据相似律，不同直径的球压头D1 、D2 在不同的试验力F1 、F2作用下压入试样表面，压痕直径d1、d2是不同的，但是只要压入角?1、?2相同，压痕就具有相似性。这时试验力和压头球直径的平方之比就是一个常数。在这种条件下，采用不同的试验力和不同直径的球压头，在同一试样上测得的硬度值是相同的，在不同的试样上测得的硬度值是可以相互比较的。

试验力与压头球直径平方之比在采用公斤力的旧标准中表示为F/D2，在采用牛顿力的新标准中表示为0.102 F/D2。

1.4.2规则二，试验后要使压痕直径处于以下范围：

0.24D

否则试验结果是无效的,应选择合适的试验力重新试验。人们的大量试验表明，当压头直径在0.24D~0.6D之间时，测得的硬度值与试验力大小无关。

布氏硬度试验可选择的试验力从3000kg到1kg大约有20个级别。布氏硬度试验可选择的压头直径为?10mm、?5mm、?2.5mm、?1mm共4种。

布氏硬度试验可选择的0.102F/D2值为30、15、10、5、2.5、1共6种。

标准GB/T231.1—2002中规定的试验条件如表1－1所示。表1－1布氏硬度试验条件

标准GB/T231.1—2002中规定试验力和压头直径平方之比（0.102F/D2）应按材料的种类和硬度范围来选择，如表1－2所示

表1－2.试验力—压头直径平方之比的选择

标准GB/T231.1—2002中规定，对于钢只有一种选择，就是0.102F/D2=30，对于其他材料，根据其不同的硬度范围，有2~3种0.102F/D2值可供选择。

1.4.3布氏硬度试验条件的选择过程：

1.4.3.1根据材料种类和硬度范围，按表1－2选择0.102F/D2值，一般较硬的材料选择较高的0.102F/D2值，较软的材料选择较低的0.102F/D2值，钢铁材料只选择0.102F/D2＝30一个值。

1.4.3.2根据试样的厚度和大小选择压头直径D和试验力F，对于较厚、较大的试样，应尽量选用?10mm的压头和相应的试验力，因为这样最能体现布氏硬度计的特点。对于较薄、较小的试样，应选用较小的压头和较小的试验力。以保证满足布氏硬度试验关于“试样厚度应大于压痕深度的8倍”的要求。

1.4.3.3完成上述选择之后应进行初步试验，确定压痕直径是否满足0.24D

1.5布氏硬度与抗拉强度的关系

由于布氏硬度试验能够反映出试样较大范围内的综合性能，因此布氏硬度与材料的其他机械性能关系密切，尤其是与抗拉强度存在近似的换算关系：

σb=K·HB……………… (1-5)

式中：σb—抗拉强度值，MN/m2；

K—常数，不同材料有不同的数值。

通过测试布氏硬度可以间接得到材料的抗拉强度。这一点在生产实际中具有重大意义。可以通过测量硬度的方法得到近似的强度值，这样既可以提高工作效率，又可以节省材料。

部分金属材料的换算关系如1－3表所示。

2. 洛氏硬度计（GB/T230.1—2004）

2.1洛氏硬度计原理

在规定条件下，将压头（金刚石圆锥、钢球或硬质合金球）分2个步骤压入试样表面。卸除主试验力后，在初试验力下测量压痕残余深度h。以压痕残余深度ｈ代表硬度的高低。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

洛氏硬度值按下式计算：

N－常数，对于A、C、D、N、T标尺，N=100；其他标尺，N=130；

h－残余压痕深度，mm；

S－常数，对于洛氏硬度，S=0.002mm，对于表面洛氏硬度，S=0.001mm。

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。

洛氏硬度试验分为2种，一种是普通洛氏硬度试验，一种是表面洛氏硬度试验。洛氏硬度试验采用1200金刚石圆锥和?1.587mm、?3.175mm钢球三种压头，采用60kg、100kg、150kg三种试验力，它们共有九种组合，对应于洛氏硬度的九个标尺，即HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH、HRK。表面洛氏硬度试验采用1200金刚石圆锥和?1.587mm钢球2种压头，采用15kg、30kg、45kg三种试验力，它们共有六种组合，对应于表面洛氏的六个标尺，即HR15N、HR30N、HR45N、HR15N、HR30T、HR45T。

洛氏硬度试验条件如表2－1所示。

洛氏硬度标尺的选用如表2－2所示

表2－1洛氏硬度试验条件

洛氏硬度标尺技术条件

表面洛氏硬度标尺技术条件

表面洛氏硬度

标尺

硬度符号压头类型初试验力F0（N）主试验力F1（N）总试验力F0+ F1（N）适用范围15N HR15N 120°

金刚石圆锥29.42

117.7 147.1 70～94HR15N

30N HR30N 264.8 294.2 42～86HR30N 45N HR45N 411.9 441.3 20～77HR45N 15T HR15T 1.5875mm

钢球29.42

117.7 147.1 67～93HR15T

30T HR30T 264.8 294.2 29～82HR30T 45T HR45T 411.9 441.3 10～72HR45T 取自国家标准

GB/T230.1-2004 注：力值单位9.8N=1kg

表2－2洛氏硬度标尺的选择

N标尺用于类似洛氏标尺C、A和D检测的材料，但仅限于薄小试样和浅硬化深度的试样。

T标尺用于类似洛氏标尺B、F和G检测的材料，但仅限于薄小试样和较软且覆镀层较浅的试样。

2．2洛氏硬度计的特点

洛氏硬度试验操作简单，测量迅速，可在指示表上直接读取硬度值，工作效率高，成为最常用的硬度试验方法之一。由于试验力较小，压痕也小，特别是表面洛氏硬度试验的压痕更小，对大多数工件的使用无影响，可直接测试成品工件，初试验力的采用，使得试样表面轻微的不平度对硬度值的影响较小，因此，此仪器非常适于在工厂使用，适于对成批加工的成品或半成品工件进行逐件检测，该试验方法对测量操作的要求不高，非专业人员容易掌握。

2．3洛氏硬度计的应用

洛氏硬度试验采用了3种压头，6种试验力，根据金属材料材质、硬度范围及尺寸的不同，共有15个标尺可供选择，可以测试从很软到很硬几乎全部常见的金属材料，应用范围十分广阔。洛氏硬度计在工业生产中得到了广泛应用，成为检验产品质量，是确定合理加工工艺的主要手段。可测试各种黑色和有色金属，测试淬火钢、回火钢、退火钢、表面硬化钢、各种厚度的板材、硬质合金材料、粉末冶金材料、热喷涂层的硬度。

表面洛氏硬度计用于测试薄板金属、薄壁管材、表面硬化钢和小零件的硬度。

3. 维氏硬度计（GB/T4340.1—1999）

3.1维氏硬度计原理

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／ｄ…………（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。

3.2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。

3.3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。见表3-1

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。

3.4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。

图３－２，ＨＶ与ＨＢ硬度值的吻合图

3.５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。

3.６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。

4．努氏硬度计（GB/T１８４４９.1—２００１）

4．1努氏硬度计的原理：

努氏硬度试验是一种显微硬度试验，其原理与显微维氏硬度试验基本相同，它采用菱形锥体金刚石压头，在检测力作用下压入试样表面，保持规定0的时间后卸除试验力,测量长对角线的长度，计算压痕投影面积，试验力除以压痕投影面积的商就是努氏硬度值。

努氏硬度值由下式计算：

HK=0.102Ｆ／Ａ＝1.451Ｆ／ｄ２

式中ＨＫ————努氏硬度值；

Ｆ————试验力，Ｎ；

Ａ————压痕投影面积，ｍｍ２；

ｄ————压痕长对角线长度，ｍｍ。

努氏硬度的表示方法为：

符号HK之前为硬度值，HK之后为试验力。例如：

640HK0.1——试验力为0.9807N，保持10～15Ｓ，测得的努氏硬度值为640；

640HK0.1／20——试验力为0.9807N，保持20Ｓ，测得的努氏硬度值为640；

4．2努氏硬度计的特点：

努氏硬度试验实质上是对显微维氏硬度试验的改进，它采用菱形压头后，压痕细长，在相同的试验力作用下，长对角线长度约为显微维氏压痕对角线的３倍，测量精度更高，其次，压痕深度只有显微维氏压痕的一半，可以测试更薄的材料，另外，努氏硬度试验得出的是压痕没有受到弹性回复影响的硬度值，克服了显微维氏硬度试验因压痕弹

性回复而使压痕略有缩小对试验结果的影响，这一点在金属学、金相学研究中具有更大的优越性。努氏硬度试验没有专门的硬度计，通常是共用显微维氏硬度计，只要更换压头并改变硬度值的算法即可。

4．3努氏硬度计的应用

努氏硬度试验主要也是用于金属学、金相学研究。它特别适于测试硬而脆的材料，常被用于测试珐琅、玻璃、人造金刚石、金属陶瓷及矿物等材料。它还可用于表面硬化层有效深度的测定，用于细小零件、小面积、薄材料、细线材、刀刃附近的硬度、电镀层及牙科材料硬度的测试。

在显微硬度试验方面，美国通常采用努氏压头和100ｇ力，而欧州则习惯于采用维氏压头和较大的500ｇ力。

5．肖氏硬度计（ＧＢ／Ｔ４３４１—２００１）

5．1肖氏硬度计的原理

将规定形状的金刚石冲头从固定的高度ｈ0落在试样表面上，冲头弹起一定高度ｈ，用ｈ与ｈ0的比值乘上一个系数就是肖氏硬度值。冲头回弹的越高,试样的硬度值越多。计算公式为：

5．2肖氏硬度计特点

肖氏硬度试验是一种动态力试验，与布、洛、维等静态力试验法相比，准确度稍差，因测试时的垂直性，试样表面光洁度等因素的影响，数据分散性较大，其测试结果的比较只限于弹性模量相同的材料。它对试样的厚度和重量都有一定要求，不适于较薄和较小试样，但是它是一种轻便的手提式仪器，便于现场测试，其结构简单，便于操作，测试效率高。

5．3肖氏硬度计的应用

肖氏硬度计便于携带，特别适用于冶金、重型机械行业中的中大型工件，例如大型构件、铸件、锻件、曲轴、轧辊、特大型齿轮、机床导轨等工件。

6.里氏硬度计（ＧＢ／Ｔ１７３９４－１９９８）

6.1里氏硬度计原理

用规定质量的冲击体在弹力作用下以一定速度冲击试样表面，用冲头在距离试样表面１ｍｍ处的回弹速度与冲击速度之比计算出的数值就是里氏硬度。里氏硬度计实际上是肖氏硬度计的改进型，它们测定的都是冲击体在试样表面经试样塑性变形消耗能量后的剩余能量。

里氏硬度的计算公式如下：

HL=1000×ν /ν

式中：HL ————里氏硬度符号

ν————球头的冲击速度，m/s；

ν————球头的反弹速度，m/s。

6.2里氏硬度计特点：

里氏硬度计仪器轻巧，测试简便，快速，读数方便，适于检测硬度范围很宽的金属材料，并且可以从不同方向进行测试，非常适于在现场对大型工件、组装件进行硬度测试，比肖氏硬度计有了很大的技术进步。

它的缺点是这种试验方法在国际上还没有被普遍接受，迄今还没有被国际标准化组织（ISO）采纳，试验数据在国际上还缺乏来自独立的第三方或国际组织方面的监督与复核。

里氏硬度试验要求试样有一定的质量和厚度，不适于测试小工件。

里氏硬度计主要用于在现场快速测试大型的、组装的、不便移动的、不允许切割试样的工件，用于测试大型模具、大型锻造件、铸造件，可以灵活地测试大型工件不同部位的硬度，它是大型工件硬度测试上非常有效实用的检测手段，在国内有取代肖氏硬度计的趋势。

里氏硬度计不能测试表面硬化工件，通过耦合的办法测试小零件往往是不可靠的，目前有被误导测试小零件的倾向。对于中、小零件应尽量采用国际上通用的静态硬度测试方法。与肖氏硬度试验相同，里氏硬度试验结果的比较也是仅限于弹性模量相同或相近的材料。

7.韦氏硬度计（ＹＳ／Ｔ４２０－２０００ＡＳＴＭＢ６４７－１９９４）

7.1韦氏硬度计原理

一定形状的硬钢压针，在标准弹簧试验力作用下压入试样表面，用压针的压入深度确定材料硬度，定义0.01mm的压入深度为一个韦氏硬度单位。韦氏硬度单位表示为HW。

7.2韦氏硬度计的特点

韦氏硬度计是小型便携式仪器，它体积小、重量轻、可单手操作，可快速、方便、无损地测试材料硬度，它不必取样，对操作技能要求不高，非常适于在生产现场对材料进行快速硬度检测。

韦氏硬度计的缺点是灵敏度较差，量程较窄，全量程只有20个刻度，因此通常一台仪器只能测试1~2种金属材料。

7.3韦氏硬度计的应用

韦氏硬度计采用两种不同形状的压针，两种不同的试验力，它们的组合构成三种不同型号的仪器，分别用于测试铝合金、软铜、硬铜、超硬铝合金和软钢。韦氏硬度计适于测试具有两个平行面的材料，例如管材、板材和型材，材料厚度最大可达到13mm。

韦氏硬度计非常适于在生产现场对成批产品进行逐件检测，尽管它的灵敏度不高，但是作为生产控制与合格判定仪器已经能够满足要求，正是由于这个原因，韦氏硬度计在铝加工行业得到了相当广泛的应用。

８.巴氏硬度计

８.1巴氏硬度计的原理

一定形状的硬钢压针，在标准弹簧试验力作用下，压入试样表面，用压针的压入深度确定材料硬度，定义每压入0.0076mm为一个巴氏硬度单位。巴氏硬度单位表示为HBa。

８.2巴氏硬度计的特点

巴氏硬度计是一种可单手操作的便携式仪器，它体积小，重量轻，可快速、方便、无损地测试材料硬度，它不必取样，对操作技能要求不高，非常适于在生产现场和仓库对材料进行快速检验。

巴氏硬度计有100个刻度，精度比韦氏硬度计高，它的使用不受材料厚度的限制，可以测试更厚的材料，巴氏硬度计有一个支脚，测量时要使之与压针尖端处于同一水平面内，以保证压针垂直压下，为了垫平这个支脚，在测试小尺寸工件时会有些不便。

8.3巴氏硬度计的应用

巴氏硬度计是韦氏硬度计的良好补充，它主要用于测试铝及铝合金，也可以测试其他软金属及玻璃钢。它可测试韦氏硬度计无法测试的超大材料、超厚材料、棒材、大型锻件、铸件、组装件、纯铝及低硬度铝合金。

巴氏硬度值可通过查表，换算成布、洛、维、韦等其他硬度值。

金属硬度检测方法

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。

金属材料硬度测试实验

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

金属硬度测试实验指导书讲解

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

如何检测金属硬度的方法

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.wendangku.net/doc/1a7043170.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

金属材料硬度试验

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

常用金属材料热处理硬度

常用金属材料热处理规范 ┏━━━┳━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━┓┃┃临界点┃热处理规范┃硬度┃┃钢号┃┣━━━━┳━━━━━━━┳━━━━┫┃┃┃（℃）┃工序名称┃加热温度（℃）┃冷却方式┃HB HRC ┃┣━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━┫┃┃Ac1 735 ┃正火┃ 880- 930 ┃空冷┃HB≤156 ┃┃２０┃Ac3 855 ┃渗碳┃ 920- 950 ┃┃┃┃┃Ar3 835 ┃渗碳淬火┃ 860- 880 ┃水或油冷┃HRC＞56 ┃┃┃Ar1 680 ┃高温回火┃ 650- 680 ┃空冷┃芯部HB150 ┃┣━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━┫┃┃Ac1 724 ┃正火┃ 850- 890 ┃空冷┃HB≤185 ┃┃３５┃Ac3 802 ┃退火┃ 840- 890 ┃炉冷┃┃┃┃Ar3 774 ┃高温回火┃ 650- 680 ┃空冷┃┃┃┃Ar1 680 ┃淬火┃ 850- 890 ┃水冷┃HRC≥47 ┃┃┃┃回火┃ 500- 540 ┃空冷┃HB241-286 ┃┣━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━┫┃┃Ac1 724 ┃退火┃ 820- 840 ┃炉冷┃HB≤207 ┃┃４５┃Ac3 780 ┃正火┃ 830- 870 ┃空冷┃HB≤229 ┃┃┃Ar3 751 ┃高温回火┃ 650- 680 ┃空冷┃┃┃┃Ar1 682 ┃淬火┃ 820- 860 ┃水冷┃HRC50-60 ┃┃┃┃回火┃ 520- 560 ┃空冷┃HB228-286 ┃┣━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━┫┃┃Ac1 735 ┃正火┃ 900- 930 ┃空冷┃HB≤179 ┃┃┃Ac3 854 ┃高温回火┃ 659- 680 ┃空冷┃┃┃20Mn ┃Ar3 835 ┃┃┃┃┃┃┃Ar1 682 ┃┃┃┃┃┣━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━┫┃┃AC1 734 ┃退火┃ 830- 880 ┃炉冷┃┃┃35Mn ┃AC3 812 ┃正火┃ 850- 880 ┃空冷┃HB≤187 ┃┃┃Ar3 796 ┃高温回火┃ 650- 680 ┃空冷┃┃┃┃Ar1 675 ┃淬火┃ 850- 880 ┃水或油冷┃HRC50-55 ┃┃┃┃回火┃ 400- 500 ┃空冷┃HB302-332 ┃┗━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━━━━┻━━━━┻━━━━━┛┏━━━┳━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━┓┃┃临界点┃热处理规范┃硬度┃┃钢号┃┣━━━━┳━━━━━━━┳━━━━┫┃┃┃（℃）┃工序名称┃加热温度（℃）┃冷却方式┃HB HRC ┃┣━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━┫┃┃Ac1 726 ┃退火┃ 820- 850 ┃炉冷┃HB≤217 ┃┃45Mn ┃Ac3 790 ┃正火┃ 830- 860 ┃空冷┃┃┃┃Ar3 768 ┃高温回火┃ 650- 680 ┃空冷┃┃┃┃Ar1 689 ┃淬火┃ 810- 840 ┃水或油冷┃HRC54-60 ┃┃┃┃回火┃根据需要回火┃水或空冷┃┃┗━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━━━━┻━━━━┻━━━━━┛

金属材料硬度的测定办法

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

布氏硬度和洛氏硬度对照表

硬度知识 一、硬度简介： 硬度，物理学专业术语，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。。固体对外界物体入侵的局部抵抗能力，是比较各种材料软硬的指标。由于规定了不同的测试方法，所以有不同的硬度标准。各种硬度标准的力学含义不同，相互不能直接换算，但可通过试验加以对比。 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) 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。 布氏硬度(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。布氏硬度值是载荷除以压痕球形表面积所得的商。一般为：以一定的载荷将一定大小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)。 测试载荷与测试钢球的直径需根据材料的实际性能再确定。 标注方法举例 150HBW10/1000/30表示压头直径为10mm的硬质合金球，在1000kgf试验力的作用下，保持30s时测得的布氏硬度值为150 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(如硬质合金和薄硬钢带材料)。 ?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、正火钢、软钢、部分不锈钢及较硬的铜合金等)。 ?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、回火钢、调质钢和部分不锈钢等), 这是金属加工行业应用最多的硬度试验方法。 表面洛氏硬度试验采用三种试验力，两种压头，它们有6种组合，对应于表面洛氏硬度的6个标尺。表面洛氏硬度试验是对洛氏硬度试验的一种补充，在采用洛氏硬度试验时，当遇到材料较薄，试样较小，表面硬化层较浅或测试表面镀覆层时，就应改用表面洛氏硬度试验。这时采用与洛氏硬度试验相同的压头，采用只有洛氏硬度试验几分之一大小的试验力，就可以在上述试样上得到有效的硬度试验结果。表面洛氏硬度的N标尺适用于类似洛氏硬度的HRC、HRA和HRD测试的材料；T标尺适用于类似洛氏硬度的HRB、HRF和HRG测试的材料。 HRC标尺的使用范围是20~70HRC，当硬度值小于20HRC时，因为压头的圆锥部分压入太多，灵敏度下降，这时应改用HRB标尺。尽管HRC标尺被规定的上限值为70HRC，但是当试样硬度大于67HRC时，压头尖端承受的压力过大，金刚石容易损坏，压头寿命会大大缩短，因此一般应改用HRA标尺。

金属材料硬度对照表

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。

常用硬度对照表

HRA HRC HRA HRC HRA HRC HRA HRC 186.670.0 10373178.555.0599*******.540.0377*******.0274286.669.5 10173278.254.55896236570.339.53728626627.5271386.669.0 9973377.954.0579*******.039.03678726327.0268486.668.5 9783477.753.55706435538.53628826026.5264586.668.0 9593577.453.0561*******.0351*******.0261686.667.5 9413677.152.55516634537.53529025425.5258786.667.0 9233776.952.05436734137.03479125125.0255886.666.5 9063876.651.55346833636.53429224824.5252986.666.0 8893950176.351.05256933236.03389324524.02491086.665.5 8724049476.150.55177032735.53339424223.52461186.665.0 8564148875.850.05097132335.03299524023.02431286.664.5 8404248175.549.55017231834.53249623722.52401386.664.0 8254347475.349.04937331434.03209723422.02371486.663.5 8104446875.048.54857431033.53169823221.52341586.663.0 7954546174.748.0478*******.0312*******.02311686.662.5 7804645574.547.54707630232.530810022720.52291786.662.0 7664744974.247.04637729832.030410122520.02261886.661.5 7524844273.946.54567829431.530010222219.52231986.661.0 7394943673.746.04497929131.029*********.02212086.660.5 7265043073.445.54438028730.529210421818.52182186.660.0 7135142473.245.0436*******.028*********.02162286.659.5 7005241872.944.54298228029.528510621417.52142386.659.0 6885341372.644.04238327629.028*********.02112486.658.5 6765440772.443.54178427328.52782586.658.0 6645540172.143.04112686.657.5 6535639671.842.54052786.657.0 6425739171.642.03992886.656.5 6315838571.341.53932986.656.0 6205938071.141.03883086.655.56096037570.840.5382 黑色金属材料 硬度值换算表 序号洛氏硬度 维氏硬度HV 布氏硬度HB 洛氏硬度维氏硬度HV 布氏硬度HB 维氏硬度HV 布氏硬度 HB 序号注: 1.布氏硬度:主要用来测定铸件、锻件、有色金属制件、热轧坯料及退火件的硬度,测定范围≯HB450。 2.洛氏硬度:HRA 主要用于高硬度试件,测定硬度高于HRC67以上的材料和表面硬度,如硬质合金、氮化钢等，测定范围HRA>70。HRC 主要用于钢制件(如碳钢、工具钢、合金钢等）淬火或回火后的硬度测定,测定范围HRC20~67。 3.维氏硬度:用来测定薄件和钢板制件的硬度,也可用来测定渗碳、氰化、氮化等表面硬化制件的硬度。序号序号洛氏硬度维氏硬度HV 布氏硬度HB 洛氏硬度

显微硬度的测定方法

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）；

金属材料硬度试验 ()

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：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： 低碳钢 6.3/b HB σ≈ 高碳钢 4.3/b HB σ≈ 调质合金钢 2 5.3/b HB σ≈ 铝铸件 26.0/b HB σ≈ 退火青铜和黄铜 55.0/b HB σ≈ 锌合金 09.0/b HB σ≈ 表1-1 布氏硬度试验规范

金属硬度检测的试验方法

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)

金属材料的硬度试验 实验报告

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：

金属硬度对照表 AA金属材料对照表

金属硬度对照表AA金属材料对照表 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1. 金属硬度对照表( lirui43267 2008-08-10 18:43:17 提供资料) 查看详情>；>；>； 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 下面是本站根据由实验得到的经验公式制作的快速计算器，有一定的实用价值，但在要求数据比较精确时，仍需要通过试验测得 抗拉强度N/mm2 维氏硬度布氏硬度洛氏硬度 Rm HV HB HRC 250 80 76.0 270 85 80.7 285 90 85.2 305 95 90.2 320 100 95.0 335 105 99.8 350 110 105 370 115 109 380 120 114 400 125 119 415 130 124 430 135 128 450 140 133 465 145 138 480 150 143 490 155 147

510 160 152 530 165 156 545 170 162 560 175 166 575 180 171 595 185 176 610 190 181 625 195 185 抗拉强度N/mm2 维氏硬度布氏硬度洛氏硬度640 200 190 660 205 195 675 210 199 690 215 204 705 220 209 720 225 214 740 230 219 755 235 223 770 240 228 20.3 785 245 233 21.3 800 250 238 22.2 820 255 242 23.1 835 260 247 24. 850 265 252 24.8 865 270 257 25.6 880 275 261 26.4 900 280 266 27.1