金属材料硬度检测

硬度是衡量金属材料软硬程度的重要性能指标，表示材料局部抵抗硬物压入其表面的能力，一般体现塑性变形、压痕或划痕的能力，一般硬度越高，耐磨性越好。

按测试方法的不同，硬度分为三种类型:划痕硬度、压入硬度、回弹硬度：

划痕硬度：主要用于比较不同材料的软硬程度，方法是选用一根两端软硬不同的棒材，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，硬材料划出的划痕长，软材料划出的划痕短。

压入硬度：材料表面抵抗另一物体压入时所引起的塑性变形的能力,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，来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。

回弹硬度：通过用一定质量的锤头在一定高度上冲击试样，测量材料表面反弹的高度来确定材料的硬度。

常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度，三者均属于压入硬度，硬度值表示材料表面抵抗另一物体压入时所引起的塑性变形的能力。

1. 布氏硬度

布氏硬度原理图Brinell hardness schematic

布氏硬度测量原理：用直径D 的淬火钢球或硬质合金球形压头，以相应试验力F 压入材料表面，经规定保持时间后卸除试验力，用读数显微镜测量残余压痕平均直径d，用球冠形压痕单位表面积上所受的压力表示硬度值。实际测量可通过测出d值后查表获得硬度值，或计算得出（计算公式见下方，公式来源于ASTM E10）。布氏硬度常用符号HB或HBW表示。

布氏硬度特点：

优点：测量数值稳定，准确，能较真实地反映材料的平均硬度；

缺点：压痕较大，操作慢，不适用批量生产的成品件和薄形件；

布氏硬度测量范围：用于原材料与半成品硬度测量，可用于测量铸铁；非铁金属（有色金属）、硬度较低的钢（如退火、正火、调质处理的钢）。

2. 洛氏硬度

洛氏硬度测量原理：

洛氏硬度原理图Rockwell hardness schematic

根据试件材料的性质和硬度范围，选择合适的压头（金刚石球顶圆锥压头或碳化钨球）和载荷。将压头压入试样表面后留下的深度来确定材料的硬度值，分两级试验力（初试验力F₀和主试验力F₁）压入试样表面。初试验力加载后，测量初始压痕深度。随后施加主试验力，在卸除主试验力后保持初试验力时测量最终压痕深度。

洛氏试验总体上分为两类:洛氏硬度试验和表面洛氏硬度试验。两种试验分类的明显差异在于所使用的试验力的不同。对于洛氏硬度试验，初试验力为10kgf(98N)，总试验力为60kgf(589N)，100 kgf(981N)和150kg(1471N)。而对于表面洛氏硬度试验，初试验力为3kgf(29N)，总试验力为15kgf(147N)，30 kgf(294N)和45 kgf(441N)。

洛氏硬度根据最终压痕深度和初始压痕深度的差值h及常数N 和S 计算得出，公式：HR = N-h/S

N——常数，金刚石压头取值100，球压头取值130

h——卸除主试验力，在初试验力下压痕残留的深度

S——洛氏硬度试验取值0.002，表面洛氏硬度试验取值0.001

材料的压痕深度愈浅，其洛氏硬度愈高。反之，洛氏硬度愈低。

常用的洛氏硬度有三种： HRA, HRB和HRC，其中以HRC应用最广。

洛氏硬度的特点：

优点：是操作迅速、简便，可由表盘上直接读出硬度值。由于气压很小，所以可复量较薄工件的硬度。

缺点：精度较差，硬度值波动较大，通常应在试样不同部位测量数次，取平均值为该材料的硬度值。