金屬的硬度，是金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形，壓痕或劃痕的能力，是衡量金屬材料軟硬程度的一種指標(biāo)。由于硬度能靈敏地反應(yīng)金屬材料在化學(xué)成分、金相組織、熱處理工藝及冷加工變形等方面的差異，因此硬度試驗在生產(chǎn)、科研及工程上都得到廣泛應(yīng)用。硬度試驗根據(jù)受力方式的不同，一般可以分為壓入法和刻劃法兩種，在壓入法中，按加力速度不同又可分成靜力試驗法和動力試驗法。其中，以靜力試驗法應(yīng)用最為普遍。常用的布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等均屬于靜力試驗法；肖氏硬度、里氏硬度和錘擊布氏硬度等則屬于動力試驗法。

一、布氏硬度試驗

試驗原理

對一定直徑的硬質(zhì)合金球施加試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕的直徑。布氏硬度與試驗力除以壓痕表面積的商成正比。壓痕被看作是具有一定半徑的球形，其半徑是壓頭球直徑的二分之一。

適用范圍及優(yōu)缺點

布氏硬度適用于退火、正火狀態(tài)的鋼鐵件，鑄鐵，有色金屬及其合金，特別對較軟金屬，如鋁、鉛、錫等更為適宜。由于布氏硬度試驗時采用較大直徑球體壓頭，所得壓痕面積較大，因而測得的硬度值反映金屬在較大范圍內(nèi)的平均性能。由于壓痕較大，所測數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強。布氏硬度的缺點是對不同的材料需要更換壓頭和改變試驗力，壓痕直徑測量也較麻煩。同時，由于壓痕較大，對成品件不宜采用。

二、洛氏硬度試驗

試驗原理

采用測量壓痕深度的方法來表示材料的硬度。

適用范圍及優(yōu)缺點

洛氏硬度試驗優(yōu)點是通過變換試驗標(biāo)尺可測量硬度較高的材料。壓痕較小，可用于半成品或成品檢驗。其缺點是壓痕較小，代表性差。由于材料中有偏析及組織不均勻等缺陷，致使所測硬度值重復(fù)性差、分散度大。此外，用不同的標(biāo)尺測得的硬度值彼此無內(nèi)在聯(lián)系，也不能直接進行比較。

三、維氏硬度試驗

試驗原理

維氏硬度的試驗原理與布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積所承受的試驗力來計算硬度值。所不同的是維氏硬度試驗采用的壓頭是兩相對面間夾角為136°的金剛石正四棱錐體。

應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點

維氏硬度試驗主要適合測定各種表面處理后的滲層或鍍層的硬度以及較小、較薄工件的硬度，顯微維氏硬度還可用于測定合金中組成相的硬度。維氏硬度試驗的試驗力從小到大可任意選擇。所測硬度值從低到高標(biāo)尺連續(xù)，不存在布氏硬度中F/D2的約束，也不存在洛氏硬度那樣更換不同標(biāo)尺，而產(chǎn)生不同標(biāo)尺的硬度無法統(tǒng)一的問題。

四、肖氏硬度試驗

試驗原理

用具有一定重量和規(guī)定形狀的金剛石沖頭從一定高度自由下落到試樣表面。根據(jù)沖頭回彈高度來衡量硬度值大小，故也稱為彈性回跳硬度試驗。

應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點

肖氏硬度試驗適合于在現(xiàn)場測試軋輥、機床床面、導(dǎo)軌、大型鍛件等工件硬度。其優(yōu)點是操作簡便，測試效率高，不產(chǎn)生壓痕，可在成品上試驗。缺點是測試精度低，重復(fù)性查，并且試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性受人為因素影響較大，不適合于精度要求較高的試驗。另外，對于彈性系數(shù)相差較大的材料，其所測硬度不能相互比較。

五、里氏硬度試驗

試驗原理

用規(guī)定質(zhì)量的碳化物沖擊體在一定的彈力作用下，以一定的速度沖擊試樣表面，用沖頭在距試樣表面1mm處回彈速度與沖擊速度的比值再乘以1000，定義為里氏硬度。

應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點

里氏硬度適合于大件、組裝件、形狀復(fù)雜零件的現(xiàn)場硬度測試。其操作簡單，測試效率高。缺點是試驗時受試樣質(zhì)量及厚度影響較大，一般不宜對薄板及薄管材進行檢測。必須指出的是，金屬的各種硬度之間及硬度與其他力學(xué)性能之間在理論上并無內(nèi)在聯(lián)系。各種硬度值都是在特定的試驗條件下測定的，用特定條件下的試驗數(shù)據(jù)換算成其他試驗條件下的硬度值或抗拉強度，必定存在誤差。因此，在可能條件下，應(yīng)盡量避免這種換算。在大量實驗的基礎(chǔ)上，國家對不同的金屬材料制定了國家標(biāo)準(zhǔn)對硬度的換算進行了規(guī)定。

本文作者：王雪嬌 高級工程師

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