金屬硬度

硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標。硬度試驗由於具有試驗方法簡單、快速、不破壞零件、和其他力學性能存在一定關係等特點，在生產實踐和科學研究中得到廣泛的應用，並用以檢驗和評價金屬材料的性能。硬度的試驗方法很多，基本上可以分為壓入法(如布氏、洛氏、維氏硬度等)、刻劃法(如莫氏法等)、回跳法(如肖氏法)等幾種。

硬度值的物理意義隨着試驗方法的不同其含義也隨之不同。壓入法的硬度值代表的是材料表面抵抗另一物體壓入時所引起的塑性變形的能力；刻劃法硬度值代表的是金屬抵抗表面局部斷裂的能力；而回跳法硬度則代表金屬彈性變形功的大小。因此，硬度值實際上不是一個單純的物理量，它是表徵材料的彈性、塑性、形變強化、強度和韌性等一系列不同物理量組合的一種綜合性能指標。一般認為硬度是金屬在表面上不大體積內抵抗變形或破裂的能力。 ^[2] 

金屬硬度（Hardness）的代號為H。按硬度試驗方法的不同，常規表示有布氏（HB）、洛氏（HRC）、維氏（HV）、里氏（HL）硬度等，其中以HB及HRC較為常用。

HB應用範圍較廣，HRC適用於表面高硬度材料，如熱處理硬度等。兩者區別在於硬度計之測頭不同，布氏硬度計之測頭為鋼球，而洛氏硬度計之測頭為金剛石。

HV適用於顯微鏡分析。維氏硬度（HV) 以120kg以內的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度值（HV）。

HL手提式硬度計，測量方便，利用衝擊球頭衝擊硬度表面後，產生彈跳；利用衝頭在距試樣表面1mm處的回彈速度與衝擊速度的比值計算硬度，公式：里氏硬度HL=1000×VB（回彈速度）/ VA（衝擊速度）。

便攜式里氏硬度計用里氏（HL）測量後可以轉化為：布氏（HB）、洛氏（HRC）、維氏（HV）、肖氏（HS）硬度。或用里氏原理直接用布氏（HB）、洛氏（HRC）、維氏（HV）、里氏（HL）、肖氏（HS）測量硬度值。

布氏硬度

布氏硬度（HB）一般用於材料較軟的時候，如有色金屬、熱處理之前或退火後的鋼鐵。洛氏硬度（HRC）一般用於硬度較高的材料，如熱處理後的硬度等等。

布式硬度（HB）是以一定大小的試驗載荷，將一定直徑的淬硬鋼球或硬質合金球壓入被測金屬表面，保持規定時間，然後卸荷，測量被測表面壓痕直徑。布式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（一般3000kg）把一定大小（直徑一般為10mm）的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時間，去載後，負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）。

洛氏硬度是將很硬的鋼球或金剛石圓錐，用一定的載荷壓入試件表面，根據壓入深度來確定材料的硬度 ^[3]  。洛式硬度是以壓痕塑性變形深度來確定硬度值指標。以0.002毫米作為一個硬度單位。當HB>450或者試樣過小時，不能採用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角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材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。根據試驗材料硬度的不同，分三種不同的標度來表示：

HRA：是採用60kg載荷和鑽石錐壓入器求得的硬度，用於硬度極高的材料（如硬質合金等）。

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

HRC：是採用150kg載荷和鑽石錐壓入器求得的硬度，用於硬度很高的材料（如淬火鋼等）。

無縫鋼管維氏硬度試驗也是一種壓痕試驗方法，可用於測定很薄的金屬材料和表面層硬度。它具有布氏、洛氏法的主要優點，而克服了它們的基本缺點，但不如洛氏法簡便，維氏法在鋼管標準中很少用。

1.HRC含意是洛式硬度C標尺。

2.HRC和HB在生產中的應用都很廣泛。

3.HRC適用範圍HRC 20--67，相當於HB225--650；若硬度高於此範圍則用洛式硬度A標尺HRA，若硬度低於此範圍則用洛式硬度B標尺HRB，布式硬度上限值HB650，不能高於此值。

4.洛氏硬度計C標尺之壓頭為頂角120度的金剛石圓錐，試驗載荷為一確定值，中國標準是150千克力。

布氏硬度計之壓頭為淬硬鋼球（HBS）或硬質合金球（HBW），試驗載荷隨球直徑不同而不同，從3000到31.25千克力。

5.洛式硬度壓痕很小，測量值有局部性，須測數點求平均值，適用成品和薄片，歸於無損檢測一類。

布式硬度壓痕較大，測量值準，不適用成品和薄片，一般不歸於無損檢測一類。

6.洛式硬度的硬度值是一無名數，沒有單位。（因此習慣稱洛式硬度為多少度是不正確的。）

布式硬度的硬度值有單位，且和抗拉強度有一定的近似關係。

7.洛式硬度直接在錶盤上顯示、也可以數字顯示，操作方便，快捷直觀，適用於大量生產中。

布式硬度需要用顯微鏡測量壓痕直徑，然後查表或計算，操作較繁瑣。

8.在一定條件下，HB與HRC可以查表互換。其心算公式可大概記為：1HRC≈1/10HB。

硬度試驗是機械性能試驗中最簡單易行的一種試驗方法。為了能用硬度試驗代替某些機械性能試驗，生產上需要一個比較準確的硬度和強度的換算關係。

實踐證明，金屬材料的各種硬度值之間，硬度值與強度值之間具有近似的相應關係。因為硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續塑性變形抗力決定的，材料的強度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。

硬度試驗簡單易行，又不破壞零件，特別對生產過程質量控制有着很實際的意義，根據各種硬度的含義可以看出硬度和強度存在着一定的關係。實踐證明，金屬材料的各種硬度值之間、硬度值與強度值之間具有近似的相應關係，一般地説，材料的強度越高，塑性變形抗力越高，其硬度值也越高，反之亦然。

由試驗方法求得的一些經驗公式如下：