測(cè)定壓痕對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度；硬度測(cè)試裝置則是將一事實(shí)上的載荷加在一事實(shí)上的壓并沒(méi)有上，確定測(cè)試部位。壓入所確定的測(cè)試部位。

一項(xiàng)重要的力學(xué)性能指標(biāo)。與其他力學(xué)性能的測(cè)試方法相比，硬度反映了資料彈塑性變形特性。硬度試驗(yàn)具有下列優(yōu)點(diǎn)

可在各種不同尺寸的試樣上進(jìn)行試驗(yàn)，試樣制備簡(jiǎn)單。試驗(yàn)后試樣基本不受破壞；設(shè)備簡(jiǎn)便，操作方便，丈量速度快；硬度與強(qiáng)度之間有近似的換算關(guān)系，根據(jù)測(cè)出的硬度值就可以粗略地估算強(qiáng)度極限值。

測(cè)定資料在變形過(guò)程中所表面出來(lái)的抗力。有的硬度表示了資料抵抗塑性變形所以硬度試驗(yàn)在實(shí)際中得到廣泛地應(yīng)用。硬度測(cè)定是指反一定的形狀和尺寸的較硬物體（壓頭）以一定壓力接觸資料外表。

壓力載荷小于9.81N1kgf時(shí)測(cè)試的硬度叫微觀(guān)硬度。能力（如不同載荷壓入硬度測(cè)試法）有的硬度表示資料抵抗彈性變形的能力（如肖氏硬度）通常壓入載荷大于9.81N1kgf時(shí)測(cè)試的硬度叫宏觀(guān)硬度。

希反映資料宏觀(guān)范圍性能；后者用于小而薄的試件，前者用于較在尺寸的試件。希反映微小區(qū)域的性能，如顯微組織中不同的相的硬度，資料外表的硬度等。硬度計(jì)的種類(lèi)很多，這里重點(diǎn)介紹常用的洛氏

布氏、維氏和顯微硬度測(cè)試法。14.1洛氏硬度測(cè)試法一、洛氏硬度的丈量原理洛氏硬度丈量法是常用的硬度試驗(yàn)方法之一

壓入材料的塑性變形濃度來(lái)表示的用壓頭（金剛石圓錐或淬火鋼球）載荷（包括預(yù)載荷和主載荷）作用下。

資料越軟；壓入的濃度越小，通常壓入材料的深度越大。資料越硬。0-0未加載荷，壓頭未接觸試件時(shí)的位置。1-1壓頭在預(yù)載荷P098.1N作用下壓入試件深度為h0時(shí)的位置。h0包括預(yù)載所相起的彈形變形和塑性變形。2-2加主載荷P1后，壓頭在總載荷P=P0+P1作用下壓入試件的位置。

壓頭壓入試樣的深度為h1由于P1所產(chǎn)生的彈性變形被消除， 3-3去除主載荷P1后但仍保管預(yù)載荷P0時(shí)壓頭的位置。所以壓頭位置提高了h此時(shí)壓頭受主載荷作用實(shí)際壓入的濃度為h=h1-h0

說(shuō)明試件越軟，實(shí)際代表主載P1造成的塑性變形深度。h值越大。h值越小，說(shuō)明試件越硬。為了適應(yīng)人們習(xí)慣上數(shù)值越大硬度越高的概念，人為規(guī)定，用一常數(shù)K減去壓痕深度h數(shù)值來(lái)表示硬度的高低。并規(guī)定0.002mm為一個(gè)洛氏硬度單位，用符號(hào)HR表示，則洛氏硬度值為：

紅色的30和黑色的0相重合。使用金剛石圓錐壓頭時(shí)，此值為無(wú)量綱數(shù)。丈量時(shí)可直接在表盤(pán)上讀出。表盤(pán)上有紅、黑兩種刻度。常數(shù)K為0.2mm硬度值由黑色表盤(pán)表示，此時(shí)使用鋼球（Φ=1.588mm壓頭時(shí)，

此時(shí)洛氏硬度計(jì)的壓頭共有5種，常數(shù)K為0.26mm硬度值由紅色表盤(pán)表示。其中常用的有兩種：一種是頂角為120°的金剛石圓錐壓頭，用來(lái)測(cè)試高硬度的資料；另一種是直徑為的淬火鋼球，用來(lái)測(cè)軟材料的硬度。對(duì)于特別軟的資料，有時(shí)還使用直徑為的鋼球作壓頭，

可用不同的壓頭和不同的總載荷配成不同標(biāo)度的洛氏硬度。洛氏硬度共有15種標(biāo)度供選擇，不過(guò)這幾種比較少用。為了擴(kuò)大洛氏硬度的丈量范圍。分別為：HRA HRBHRCHRDHREHRFHRGHRHHRKHRLHRMHRPHRRHRSHRV

其中常用的幾種標(biāo)度列表如下：表14-1各種洛氏硬度值的符號(hào)及應(yīng)用 標(biāo)度符號(hào)壓頭總載荷 Nkg表盤(pán)上刻度顏色常用硬度值范圍應(yīng)用舉例 HRA 金剛石圓錐588.660黑色70~85碳化物、硬質(zhì)合金、外表淬火鋼等 HRB1.588mm鋼球981100紅色25~100軟鋼、退火鋼、銅合金

HRC金剛石圓錐1471.5150黑色20~67淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等 HRD金剛石圓錐981100黑色40~77薄鋼板、中等厚度的外表硬化工件 HRE3.175mm鋼球981100紅色70~100鑄鐵、鋁、鎂合金、軸承

構(gòu)造各不相同，合金 HRF1.588mm鋼球588.660紅色40~100薄板軟鋼、退火銅合金 HRG1.588mm鋼球1471.5150紅色31~94磷青銅、鈹青銅 HRH3.175mm鋼球588.660紅色 鋁、鋅、鉛二、洛氏硬度計(jì)的構(gòu)造洛氏硬度計(jì)種類(lèi)很多。但構(gòu)造原理及主要部件都相同。①-壓頭 ②-

然后卸去載荷，載荷法碼 ③--主杠桿 ④-丈量杠桿 ①--讀數(shù)百分表 ②--裝壓腦處 ⑤-表盤(pán) ⑥-緩沖裝置 ⑦--載物臺(tái) ⑧-升降絲杠 ③-載物臺(tái) ④--升降絲杠手輪 ⑤--加載手輪 ⑥--卸載手輪 14.2布氏硬度測(cè)試法一、布氏硬度的丈量原理 選擇一事實(shí)上的載荷P把直徑為D淬火鋼球壓入試件外表并堅(jiān)持一定時(shí)間。丈量鋼球在試樣表面壓出的壓痕直徑d

算出載荷P與壓痕面積的比值，計(jì)算出壓痕面積。這個(gè)比值所表示的硬度就是布氏硬度，用符號(hào)HB表示。布氏硬度的丈量原理如圖11-4所示。設(shè)壓痕的深度為h則壓痕的球冠面積為：式中：P

通常只給出數(shù)值而不寫(xiě)單位，測(cè)試用的載荷（kgD壓頭鋼球的直徑（mmd壓痕直徑（mmF壓痕面積（mm2布氏硬度的單位為kg/mm2這是目前各國(guó)文獻(xiàn)中常用的單位。如HB200若要換算成單位MPa需要將硬度值乘以9.81布氏硬度的壓頭

載荷有15.6kg62.5kg182.5kg250kg750kg1000kg3000kg七種?？筛鶕?jù)材料的軟硬不同選擇配合使用。為了不同直徑的壓頭和不同載荷下進(jìn)行測(cè)試時(shí)，鋼球直徑有Φ2.5mmΦ5mmΦ10mm三種。同一種材料的布氏硬度值相同。壓頭的直徑與載荷之間要滿(mǎn)足相似原理。相似原理是指在均質(zhì)材料中，只要壓入角φ（即從壓頭圓心壓痕兩端的連線(xiàn)之

則不論壓痕大小，間的夾角）不變。金屬的平均抗力相等。如圖14-5所示。德國(guó)的邁耶爾（Mayer通過(guò)試驗(yàn)得出重要經(jīng)驗(yàn)

壓痕直徑d與載荷的關(guān)系為：這個(gè)公式稱(chēng)為邁耶爾定律。戒a和n均為常數(shù)。還得出如下的結(jié)論：當(dāng)使用的壓頭直徑不同時(shí)，關(guān)系。當(dāng)d/D>0.1時(shí)。指數(shù)n幾乎與D無(wú)關(guān)，而常數(shù)a則隨D值的增大而減小

進(jìn)行布氏硬度測(cè)試時(shí)，此式說(shuō)明。只要使P/D2為一常數(shù)，就可以使壓入角φ保持不變，從而堅(jiān)持了幾何形狀相似的壓痕。所以在布氏硬度丈量中只要滿(mǎn)足P/D2為常數(shù)，則同一資料測(cè)得的布氏硬度值是相同的不同資料測(cè)得的布氏硬度值也可以進(jìn)行比擬。P/D2數(shù)值不是隨便規(guī)定的各種資料軟硬相差很大。如果只規(guī)定一個(gè)P/D2值，對(duì)于較硬的材

壓入角會(huì)太??；對(duì)于較軟的資料，料。壓入角又會(huì)很大。若壓入角太小，壓痕就小，丈量誤差就會(huì)很大。當(dāng)入壓角較

壓痕直徑隨壓入深度增加有較大變化，大但小于90°時(shí)。有利于丈量。但當(dāng)壓入角大小90°時(shí)，隨壓入深度的增加，壓痕變化較小。為了提高丈量精度，通常使0.25<0.5與此對(duì)應(yīng)的壓入角29°<φ<

這樣就需不同的資料使用不同的P/D2值。國(guó)家規(guī)范規(guī)定P/D2比值為301025三種。丈量中對(duì)較軟的資料因塑性變形較大，60°。施加載荷應(yīng)小一些。布氏硬度儀的試驗(yàn)規(guī)范列表表14-2中。二、布氏硬度的測(cè)試方法布氏硬度計(jì)使用的方法如下：1．根據(jù)試件資料選擇合適的壓頭和載荷。2．加預(yù)載。3．加主載并保持一定的時(shí)間。4．卸載。5．將

用帶刻度的低倍放大鏡測(cè)壓痕直徑d6．查《壓痕直徑與布氏硬度對(duì)照表》得到布氏硬度值。表14-2布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范 金屬類(lèi)型布氏硬度范圍 HB試件厚度 mm載荷P與壓頭直徑D關(guān)系鋼球直徑 D,試樣取下。mm載荷P,kg載荷堅(jiān)持時(shí)間，s黑色金屬140~1506~34~3<2P=

30D2105.02.53000750187.510<140>

66~3<3P=10D2105.02.5100025062.510有色金屬>1306~34~3<2P=30D2105.02.53000750187.53036~1309~-36~3<3P=10D2105.02.5100025062.5308~35>66~3<3P=2.5D2105.02.525062.515.630

因壓痕面積較大， 三、布氏硬度的特點(diǎn)布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是其硬度代表性全面。能反映較大范圍內(nèi)金屬各組成相綜合影響的平均性能，而不受個(gè)別組成相及微小不均勻度的影響。因此特別適用于

數(shù)據(jù)重復(fù)性強(qiáng)，測(cè)定灰鑄鐵、軸承合金和具有粗大晶粒的金屬資料；試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。此外，布氏硬度值和抗拉強(qiáng)度σb間存在一定換算關(guān)系，見(jiàn)表14-3布氏硬度與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系資料硬度值HB-σb近似換算關(guān)系鋼125~175>175σb≈0.343HB10MN/m2σb≈0.362HB10MN/m2鑄鋁合金 σb≈0.26HB10MN/m2退火黃銅、青銅 σb≈0.55HB10MN/m2冷加

致使不難試驗(yàn)太硬的資料。一般在HB450以上就不能使用；由地壓痕較大，工后黃銅、青銅 σb≈0.40HB10MN/m2布氏硬度試驗(yàn)的缺點(diǎn)是其壓頭為淬火鋼球。由于鋼球本身的變形問(wèn)題。廢品檢驗(yàn)有

不能由硬度計(jì)上直接讀數(shù)（需用帶刻度的低倍放大鏡測(cè)出壓痕直徑，困難；試驗(yàn)過(guò)程比洛氏硬度較為復(fù)雜。然后通過(guò)查

布氏硬度法只能用來(lái)測(cè)定硬度值小于HB450資料，表得到布氏硬度值）11.3維氏硬度測(cè)試法 為了防止鋼球壓頭的*變形。洛氏硬度法為了測(cè)定由軟到硬的不同資料的硬度，采用了不同的壓頭和總載荷，有很多種標(biāo)度，相互間沒(méi)有什么，也不能換算。為了實(shí)際應(yīng)用中方便，取同一資料用不同標(biāo)度測(cè)定，列出表格，只能供大致估算。為了從軟到硬

制定了維氏硬度試驗(yàn)法。一、維氏硬度的丈量原理 維氏硬度的丈量原理基本上和布氏硬度相同，不同資料有一個(gè)連續(xù)一致的硬度標(biāo)度。所不同的用金剛石正四棱錐壓頭。正四棱錐兩對(duì)面的夾角為136°

如圖14-6所示。維氏硬度所用的載荷有1kg3kg5kg10kg20kg30kg50kg100kg120kg等，底面為正方形。負(fù)載的選擇主要取決于試件的厚度。載荷P作用下壓頭在試樣外表壓出一個(gè)底面為正

當(dāng)載荷P已知方形的正四棱錐壓痕。用顯微鏡測(cè)定方坑對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度d維氏硬度值HV等于所用載荷與壓痕面積的比值。壓痕面積F為：式中：P載荷；d壓痕直徑；F壓痕面積。從（14-9式可知。

只要測(cè)得壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度d就可以求出維氏硬度值。通常是丈量d值后從《壓印對(duì)角線(xiàn)與維氏硬度對(duì)照表》中查出相應(yīng)時(shí)。

與此相對(duì)應(yīng)的金剛石正四棱錐的兩以面間夾角就是180°-44°=136°。如圖14-7所示。所以布氏硬度在HB300間的差別增大，硬度值。φ角選擇136°是為了使維氏硬度得到一個(gè)成比例的并在較低硬度時(shí)與布氏硬度基本一致的硬度值。布氏測(cè)試法臺(tái)規(guī)定0.25<0.5理想的d/D值是0.375φ=44°。這是由于布氏測(cè)試法所用的鋼球壓頭開(kāi)始變形使壓

試樣硬度至少是壓痕深度的10倍或者不小于壓痕對(duì)角線(xiàn)的1.5倍，痕直徑偏大所造成的二、維氏硬度的測(cè)試 1．對(duì)試樣的要求要求試樣經(jīng)過(guò)拋光。滿(mǎn)足這個(gè)條件的情況下盡可能選用較大載荷，可減少

丈量誤差。2．壓痕對(duì)角線(xiàn)的丈量維氏硬度壓痕對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度是用附在硬度計(jì)上的顯微測(cè)微器進(jìn)行測(cè)量的壓痕對(duì)角線(xiàn)的丈量

取平均值作為壓痕對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度d規(guī)定兩條壓痕對(duì)角線(xiàn)之差與較短對(duì)角線(xiàn)之比不大于2%若資料各個(gè)方向上的硬度不均勻而使比值>2%者，精度可達(dá)10-3mm應(yīng)測(cè)出兩條互相垂直的對(duì)角線(xiàn)的線(xiàn)度。需要在硬度值后面注明。維氏硬度不存在洛氏硬度標(biāo)度無(wú)法統(tǒng)一的問(wèn)題，也不存在布氏硬度測(cè)試時(shí)負(fù)荷與壓頭直徑比例關(guān)系的約束和壓頭變形問(wèn)題。只要滿(mǎn)足布氏

p=ad2只要載荷不太小，法中邁耶爾指數(shù)關(guān)系中n=2時(shí)。硬度值與所用載荷無(wú)關(guān)，即不同載荷下的維氏硬度值可以駐進(jìn)行比較。維氏硬度值丈量可靠，資料科學(xué)研究中被廣泛應(yīng)用。但是維氏硬度測(cè)

然后通過(guò)計(jì)算或查表才能得到硬度值。丈量過(guò)程繁瑣，量過(guò)程中需要丈量對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度。工作效率低。丈量過(guò)程中，采用計(jì)算機(jī)控制丈量過(guò)程，采集和處理數(shù)據(jù)，可能克服上述缺點(diǎn)并大大提高工作效率。

也是用壓痕單位面積上所承受的載荷來(lái)表示的只是試樣需要拋光腐蝕制成金相顯微試樣，14.4顯微硬度測(cè)試法一、顯微硬度的丈量原理顯微硬度的丈量原理與維氏硬度一樣。以便丈量顯微組織中各相的硬

如圖14-8所示。這種顯微硬度的計(jì)算公式為圖14-8維氏金剛石度。顯微硬度一般用HM表示。顯微硬度測(cè)試用的壓頭有兩種：一種是和維氏硬度壓頭一樣的兩面之間的夾角為136°的金剛石正四棱錐壓頭。

計(jì)算公式差別只是丈量時(shí)用的載荷和壓痕對(duì)角線(xiàn)的單位不同造成的圖14棱錐壓頭 圖14-9努氏（Knoop金剛石棱錐壓頭 式中：P載荷（gd壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度（μm顯微硬度值與維氏硬度*一致。-

9中還表示了另一種顯微硬度壓頭。這種壓頭叫克努普（Knoop金剛石壓頭。壓痕長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)與短對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度之比為7.11克努普顯微硬度值為：式中：P載荷（gL壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度（μm顯微

可以將單位省去，硬度如用kg/mm2為顯微硬度的單位時(shí)。例如HM300表示其顯微硬度為300kg/mm2二、顯微硬度計(jì)的構(gòu)造及其應(yīng)用顯微硬度計(jì)是由顯微鏡和硬度計(jì)兩部分組成。顯微鏡用來(lái)觀(guān)察顯微組織，

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