硬度计

金属硬度测量最早由雷奥姆尔提出硬度定义：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。一般硬度越高，耐磨性越好。[1]

分类

一、根据繁简程度：简单硬度测量计、复杂硬度测量计

二、根据所测硬度单位：洛氏硬度计、维氏硬度计、显微硬度计、布氏硬度计、邵氏硬度计、巴氏硬度计、里氏硬度计、韦氏硬度计、肖氏硬度计、布洛维硬度

三、根据使用方式：便携式硬度计、台式硬度计

用途

洛氏硬度计用于铸铁等工件的洛氏硬度值测量

维氏硬度计用于较薄工件的维氏硬度值测量

布氏硬度计用于硬度较高的工件布氏硬度值测量

里氏硬度计是便携式硬度计，用于不宜拆卸或较大产品的硬度值测量

邵氏硬度计用于橡胶类产品邵氏硬度值测量

韦氏硬度计用于铝合金类产品韦氏硬度值测量

巴氏硬度计用于玻璃钢类产品巴氏硬度值测量

万能硬度计用于多种硬度标尺下的硬度值测量

显微硬度计是维氏硬度计的一种，用于很薄的工件的维氏硬度值测量

肖氏硬度计用于测定黑色金属和有色金属的肖氏硬度值

布洛维硬度计用于黑色金属、有色金属、硬质合金、渗碳层和化学处理层的硬度确定

硬度规定:HS<100、HB<500、HRC<70、HV<1300、HRA(80~88)、HRB(85~95)、HRC(20~70)

洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C为三种不同的标准，称为标尺A、标尺B、标尺C。

洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一，三种标尺的初始压力均为98.07N(合10kgf)，最后根据压痕深度计算硬度值。标尺A使用的是金刚石压头，然后加压至588.4N(合60kgf)；标尺B使用的是直径为1.588mm(1/16英寸)的钢球作为压头，然后加压至980.7N(合100kgf)；而标尺C使用与标尺A相同的金刚石为压头，但加压后的力是1471N(合150kgf)。因此标尺B适用相对较软实践证明，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。但各种材料的换算关系并不一致。

常用硬度指标

布氏硬度(HB)

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)。

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载荷和金刚石压头押入器求得的硬度，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载荷和金刚石压头押入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。

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HV值(kgf/mm2)。

HK=139.54?P/L2。式中：HK－努氏硬度，Mpa；P－荷重，kg；L－凹坑对角线长度，mm。我国和欧洲各国采用维氏硬度，美国则采用努普硬度。兆帕（MPa）是显微硬度的法定计量单位，而kg/mm2是以前常用的硬度计算单位。它们之间的换算公式为1kg/mm2=9.80665Mpa。

韦氏硬度计（HW）

原理：HW=20-L/0.01，其中L为压入试样的深度，适用于铝合金硬度的现场快速方便的无损检测和质量控制。

测试迅速，简便，一卡即可，硬度值可以直接读出，符合中国有色标准YS/T420和美国标准ASTMB647，是标准YS/T420推荐的两种仪器之一。

原理

硬度计的种类很多，最常用的洛氏、布氏、维氏和显微硬度测试法。

洛氏硬度测量法是最常用的硬度试验方法之一。它是用压头(金刚石圆锥或淬火钢球)在载荷(包括预载荷和主载荷)作用下，压入材料的塑性变形浓度来表示的。通常压入材料的深度越大，材料越软；压入的浓度越小，材料越硬。表示了洛氏硬度的测量原理。

布氏硬度测试法二，布氏硬度的测量原理选择一事实上的载荷P，把直径为D的淬火钢球压入试件表面并保持一定时间，然后卸去载荷，测量钢球在试样表面压出的压痕直径d，计算出压痕面积，算出载荷P与压痕面积的比值，这个比值所表示的硬度就是布氏硬度，用符号HB表示。

技术参数

初试验力：10kg

洛氏试验力：60kg、100kg、150kg

布氏试验力：62.5Kg、125Kg、187.5Kg

加力方式：螺杆加力

压头：120°金刚石圆

Ф1.588mm、Ф2.5mm、Ф5mm硬质合金球

测试项目：洛氏硬度HRC、HRB、HRA等15个标尺

布氏硬度HB30、HB10、HB5、HB2.5四种试验条件

分辨率：0.5HRC

精度：符合标准GB/T230/231、ISO6506/6508、ASTME18/E10

使用范围：全部金属，包括钢、锻钢、铸铁、青铜、黄铜、紫铜、铝合金、铝等

使用步骤

根据试件材料选择合适的压头和载荷。

加预载。

加主载并保持一定的时间。

卸载。

将试样取下，用带刻度的低倍放大镜测压痕直径d。

查《压痕直径与布氏硬度对照表》得到布氏硬度值。

布氏硬度的表示方法是若用Φ10mm钢球，在3000kg载荷下保持10s，测得的布氏硬度值表示为字母HB加上所测得的硬度值，例如HB400。在其他试验条件下，在HB后面要注明钢球直径、载荷大小及保载时间，例如：HB2.5/187.5/10=200表示用Φ2.5mm的钢球在187.5kg载荷下保持10s测得的布氏硬度为200。布氏硬度测试中还应注意以下几个问题，即试验压痕直径的范围应为0.25D<0.6D，否则测量结果无效；

由于压痕周围存在变形硬化现象(可达2~3倍的压痕直径)，所以要求相邻两个硬度点的距离≥4D，软材料≥6D，试件厚度不小于压痕深度的10倍，压痕离试件边缘的距离应不小于压痕直径。布氏硬度的优点是其硬度代表性全面，因压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均性能，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；试验数据稳定，数据重复性强，此外，布氏硬度值和抗拉强度σb间存在一定换算关系。

维氏硬度的测量原理基本上和布氏硬度相同，所不同的是用金刚石正四棱锥压头。正四棱锥两对面的夹角为136°，底面为正方形。维氏硬度所用的载荷有1kg、3kg、5kg、10kg、20kg、30kg、50kg、100kg、120kg等，负载的选择主要取决于试件的厚度。显微硬度的测量原理与维氏硬度一样，也是用压痕单位面积上所承受的载荷来表示的。只是试样需要抛光腐蚀制成金相显微试样，以便测量显微组织中各相的硬度。显微硬度一般用HM表示。

工协作显微硬度测试用的压头有两种：一种是和维氏硬度压头一样的两面之间的夹角为136°的金刚石正四棱锥压头，显微硬度计是由显微镜和硬度计两部分组成。显微镜用来观察显微组织，确定测试部位，测定压痕对角线的长度；硬度测试装置则是将一事实上的载荷加在一事实上的压并没有上，压入所确定的测试部位。

硬度分类

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。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)

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)。

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载荷和金刚石压头押入器求得的硬度，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载荷和金刚石压头押入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。

3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HV值(kgf/mm2)。HK=139.54?P/L2。式中：HK－努氏硬度，Mpa；P－荷重，kg；L－凹坑对角线长度，mm。中国和欧洲各国采用维氏硬度，美国则采用努普硬度。兆帕（MPa）是显微硬度的法定计量单位，而kg/mm2是以前常用的硬度计算单位。它们之间的换算公式为1kg/mm2=9.80665Mpa。

4.韦氏硬度计（HW）

原理：HW=20-L/0.01，其中L为压入试样的深度，适用于铝合金硬度的现场快速方便的无损检测和质量控制。测试迅速，简便，一卡即可，硬度值可以直接读出，符合中国有色标准YS/T420和美国标准ASTMB647，是标准YS/T420推荐的两种仪器之一。

应用领域

洛氏硬度计用于铸铁等工件的洛氏硬度值测量。

维氏硬度计用于较薄工件的维氏硬度值测量。

布氏硬度计用于硬度较高的工件布氏硬度值测量。

里氏硬度计是便携式硬度计，用于不宜拆卸或较大产品的硬度值测量。

邵氏硬度计用于橡胶类产品邵氏硬度值测量。

韦氏硬度计用于铝合金类产品韦氏硬度值测量。

巴氏硬度计用于玻璃钢类产品巴氏硬度值测量。

万能硬度计用于多种硬度标尺下的硬度值测量。

显微硬度计是维氏硬度计的一种，用于很薄的工件的维氏硬度值测量。

肖氏硬度计用于测定黑色金属和有色金属的肖氏硬度值。

注意事项

除了各种硬度计使用时特殊注意事项外，还有一些共同的应注意的问题，现列举如下：

1、硬度计本身会产生两种误差：一是其零件的变形、移动造成的误差；二是硬度参数超出规定标准所造成的误差。对第二种误差，在测量前需用标准块对硬度计进行校准。对洛氏硬度计校正结果，差值在±1之内合格。差值在±2之内的稳定数值，可以给出修正值。差值在±2范围之外时则必需对硬度计进行校正维修或换其他硬度测试法测定。

洛氏硬度各标度有一事实上的适用范围，要根据规定正确选用。例如，硬度高于HRB100时，应采用HRC标度进行测试；硬度低于HRC20时应用HRB标度进行测试。因为超出其规定的测试范围时，硬度计的精确度及灵敏度较差，硬度值不准确，不宜使用。

其他硬度测试法也都规定有相应的校正标准。

校准硬度计用的标准块不能两面使用，因标准面与背面硬度不一定一致。一般规定标准块自标定日起一年内有效。

2、在更换压头或砧座时，注意接触部位要擦干净。换好以后，要用一定硬度的钢样测试几次，直到连续两次所得硬度值相同为止。目的是使压头或砧座与试验机接触部分压紧，接触良好，以免影响试验结果的准确性。

3、硬度计调整后，开始测量硬度时，第一个测试点不用。因怕试样与砧座接触不好，测得的值不准确。特第一点测试完，硬度计处于正常运行机制状态后再对试样进行正式测试，记录测得的硬度值。

4、在试件允许的情况下，一般选不同部位至少测试三个硬度值，取平均值，取平均值作为试件的硬度值。

5、对形状复杂的试件要采用相应形状的垫块，固定后方可测试。对圆试件一般要放在V形槽中测试。

6、加载前要检查加载手柄是否放在卸载位置，加载时动作要轻稳，不要用力太猛。加载完毕加载手柄应放在卸载位置，以免仪器长期处于负荷状态，发生塑性变形，影响测量精确度。