硬度試驗

測量固體材料表面硬度的一種材料機械性能試驗。 硬度試驗是材料試驗中最簡便的一種，與其他材料試驗如拉伸試驗、衝擊試驗和扭轉試驗相比，具有以下特點：

①試驗可在零件上直接進行而不論零件大小、厚薄和形狀；

②試驗時留在表面上的痕跡很小，零件不被破壞；

③試驗方法簡單、迅速。硬度試驗在機械工業中廣泛用於檢驗原材料和零件在熱處理後的質量。

由於硬度與其他機械性能有一定關係，也可根據硬度估計出零件和材料的其他機械性能。硬度試驗方法很多，一般分為劃痕法、壓入法和動力法3類。

在古代，人們採用金屬互壓、異物壓入或劃痕等原始方法比較金屬的軟硬程度。本世紀二十年代前後，布氏、洛氏、肖氏、維氏等硬度試驗 方法相繼問世。硬度值雖然不能直接用於機件設計，但因為硬度試驗簡便易行，常用於材料質量控 制和試驗研究。硬度試驗可分為靜態法和動態法兩 類。 ^[2] 

測得的硬度值表示材料抵抗表面局部斷裂的能力。試驗時用一套硬度等級不同的參比材料與被測材料相互進行劃痕比較，從而判定被測材料的硬度等級。這一方法是1812年德國人F.莫斯首先提出的。他將參比材料按硬度遞增而分為10個等級，依次為：滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長石、石英、黃玉、剛玉、金剛石。用這種方法測出的硬度稱為莫氏硬度，主要用於礦物的硬度評定。用於金屬的也有 ：莫氏、麻田劃痕及銼磨試驗等。

測得的硬度值表示材料抵抗表面塑性變形的能力。試驗時用一定形狀的壓頭在靜載荷作用下壓入材料表面，通過測量壓痕的面積或深度來計算硬度。

應用較多的有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度試驗 3種方法。

採用動態加載，測得的硬度值表示材料抵抗彈性變形的能力。

對於磨損抵抗謂之磨耗硬度，例如：磨耗試驗等。

對於切削或鑽削之抵抗謂之切削硬度或切削性，例如：切削硬度試驗等。

1900年由瑞典人J.A.布里涅耳首先提出。圖1為布氏硬度試驗的原理。試驗時用一定大小的載荷P(牛頓)把直徑為D（毫米）的鋼球壓入被測材料表面，保持一定時間後卸除載荷，表面留下直徑為d（毫米）的壓痕，計算出壓痕的表面積F，根據下式得出布氏硬度值，用HB表示。

試驗在布氏硬度計上進行。適用於各種退火狀態下的鋼材、鑄鐵和有色金屬，一般用於硬度小於HB 450的場合。布氏硬度壓痕較大，一般以10mm及2.5mm的鋼球應用最為廣泛，因此布氏硬度檢測的硬度值最為代表性，較易得出材料的平均硬度，但所測工件表面壓痕明顯，不適用於檢測成品件。

由美國冶金學家S.P.洛克韋爾所提出，是應用最廣的試驗方法。試驗時以錐角為120°的金剛石圓錐或直徑為1.588毫米的鋼球為壓頭，先以初載荷P0壓入被測件表面，壓入深度為h0。再加主載荷P1，總載荷P=P0+P1，此時壓入總深度為h1。卸除主載荷P1，由於試樣的彈性變形恢復了h2，因此h=h1-h2-h0。由h值根據式可算出硬度值，式中k為常數。實際上，在洛氏硬度計上可以不經計算直接在錶盤上讀出HR值。

為了用一種硬度計測定從軟到硬的材料硬度，須採用不同的壓頭和總載荷，組成不同的標尺，常用的有HRA、HRB、HRC 3種方法。

洛氏硬度試驗適用於各種鋼材、有色金屬、淬火後的高硬工件和硬質合金等，因其壓痕較小，常用於檢測成品及半成品的硬度，但對於組織不均勻的材質會出現檢測硬度差別較大的可能性。

英國維克斯公司提出的一種試驗方法，用兩相對夾角為136°的正稜形角錐以一定載荷P壓入被測件表面，由壓痕平均對角線長度d（毫米）計算壓痕表面積F（毫米2），則維氏硬度值HV可由下式計算得出

維氏硬度值也可根據壓痕對角線長度和載荷查表得出。維氏硬度試驗適於用來測定金屬鍍層或化學熱處理後的表面層硬度。

當維氏硬度試驗的作用載荷在 1千克力（9.80665牛頓）以下時，稱為顯微硬度試驗。它可測定材料微小區域內的如金屬中的非金屬夾雜物或單個晶粒的硬度，可用來鑑別金相組織中的不同組成相，或測定極薄層內的硬度。

由美國人A.F.肖爾提出，又稱回跳硬度試驗。將一個具有一定重量的帶有金剛石圓頭或鋼球的重錘，從一定高度落到被測件的表面，以重錘回跳的高度作為硬度的度量依據。硬度與回跳高度成正比，即回跳的高度越高，材料硬度值越高。肖氏硬度以HS表示。肖氏硬度試驗只適合對彈性模量相同的材料進行測定比較。否則就會得到橡皮的HS值高於鋼的錯誤結果。肖氏硬度試驗用於測定各種原材料和材料熱處理後的硬度。由於肖氏硬度計體積小，攜帶方便，便於現場應用。

將鋼球在衝擊力作用下壓入試樣表面，測出被測件上的壓痕直徑，據此求出硬度值。有兩種測法：一種是將鋼球在已知的彈簧力的作用下，壓入被測件表面，根據壓痕大小，得出硬度值。另一種是將鋼球置於已知硬度的標準桿和被測件之間，用錘敲擊，測出標準桿和被測件的壓痕大小，進行比較後，求出被測件的硬度。

在各種硬度試驗中，對試樣的要求有以下幾點： ^[3] 

（1）牌號命名規範

針對我國超高強度鋼牌號多為引進牌號，目前使用比較混亂的問題，建議按照我國牌號的命名方法，加以統一，並指定專門的機構在使用之前加以註冊登記，在最初使用階段，為識別方便可以加代號加以補充説明，這將有利於產品的推廣使用。

對於在國內外較通用的、用途較廣泛的超高強度鋼牌號，應儘量推廣使用，在通用標準中納入。

（2）基本要求通用化

為了加強超高強度鋼產品的質量管理，提高標準的通用化程度，適應市場經濟的發展需要， 超高強度鋼產品標準中的基本要求一定要通用化。為了達到通用化的目的，最好的辦法是制定一個超高強度鋼標準的“通用規範”， 即制定“超高強度鋼產品檢驗交貨一般要求”國家軍用標準。

（3）行業標準協調統一

冶金、航空、航天等部門要統一認識，相互協調、分工負責。規範超高強度鋼行業標準的制定原則，協調規範超高強度鋼行業標準， 形成冶金、航空、航天等部門超高強度鋼行業標準的統一體系。