一文讀懂硬度（材料硬度介紹概括）

發(fā)布日期：2020-06-16 12:02
PCHVT-1000Z
機(jī)械制造中所用的刀具、量具、模具等，都應(yīng)具備足夠的硬度，才能保證使用性能和壽命。

硬度是衡量材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。通常，材料越硬，其耐磨性越好，比如齒輪等機(jī)械零部件會要求有一定的硬度，以保證足夠的耐磨性和使用壽命。


硬度的類型



如上圖，硬度原來有這么多種類型...今天為您介紹一下金屬硬度中常見的、實(shí)用的壓痕硬度試驗(yàn)。

硬度的定義

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布氏硬度


Brinell Hardness
布氏硬度（符號HB）試驗(yàn)方法，在已成公認(rèn)規(guī)格的硬度中，是最早被開發(fā)總結(jié)出來的一種方法，它促成了其他硬度試驗(yàn)方法的出現(xiàn)。

布氏硬度試驗(yàn)的原理為：壓頭(鋼球或硬質(zhì)合金球、直徑Dmm)施加試驗(yàn)力F，試樣打壓后，提升壓頭留下的凹部直徑d(mm)中計(jì)算出球壓頭與試樣的接觸面積S(mm2)，除試驗(yàn)力而得出的值。壓頭為鋼球時的符號為HBS、硬質(zhì)合金球時為HBW。k是常數(shù)(1/g= 1/9.80665 = 0.102)。


2



維氏硬度


Vickers Hardness

維氏硬度（符號HV）是可以用任意試驗(yàn)力進(jìn)行試驗(yàn)的應(yīng)用范圍最為廣泛的試驗(yàn)方法，特別在9.807N以下的微小硬度領(lǐng)域的應(yīng)用非常多。
維氏硬度是將試驗(yàn)力F(N)除以標(biāo)準(zhǔn)片與壓頭之間的接觸面積S(mm2)所得的值，該面積根據(jù)在試驗(yàn)力F(N)下通過壓頭(四方錐金剛石，相對面角=136?)在標(biāo)準(zhǔn)片上形成的壓痕的對角線長度d(mm，兩個方向長度的平均值)計(jì)算。k為常數(shù)(1/g=1/9.80665)。


3



努氏硬度
 Knoop Hardness
努氏硬度（符號HK）如以下公式所示，是通過將試驗(yàn)力除以壓痕投影面積A (mm2)所計(jì)算的值，該面積根據(jù)在試驗(yàn)力F通過按壓長菱形金剛石壓頭(相對邊角為172?30'和130?)在標(biāo)準(zhǔn)片上形成的壓痕的較長對角線長度d (mm)計(jì)算。努氏硬度也可以通過將顯微硬度試驗(yàn)機(jī)的維氏壓頭替換為努氏壓頭來測量。


4



洛氏及表面洛氏硬度  
Rockwell Hardness

洛氏硬度（符號HR）或洛氏表面硬度的測量之前，需先使用金剛石壓頭(尖端錐角：120?，尖端半徑：0.2mm)或球形壓頭(鋼球或硬質(zhì)合金球)向標(biāo)準(zhǔn)片施加預(yù)加載力，然后施加試驗(yàn)力，并恢復(fù)預(yù)加載力。

該硬度值由硬度公式得出，該公式以預(yù)加載力和試驗(yàn)力之間的壓痕深度h(μm)之差表示。洛氏硬度測試使用98.07N的預(yù)加載力，洛氏表面硬度測試則使用29.42N的預(yù)加載力。結(jié)合壓頭類型、試驗(yàn)力和硬度公式一起提供的特定符號被稱為標(biāo)尺。日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)定義了各種相關(guān)硬度標(biāo)尺。


硬度試驗(yàn)機(jī)操作比較簡單迅速， 可直接在原材料或零件表面上測試，因此被廣泛應(yīng)用。

硬度試驗(yàn)機(jī)陣容

顯微維氏硬度試驗(yàn)機(jī) HM系列


維氏硬度試驗(yàn)機(jī) HV系列


洛氏硬度試驗(yàn)機(jī) HR系列


便攜式里氏硬度計(jì) （動態(tài)里氏法，超聲波接觸阻抗法等多合一便攜式硬度測量儀）




硬度試驗(yàn)方法的選擇指南，供您參考：
硬度選擇指南








硬度選擇換算

1.努氏硬度與維氏硬度的換算
(1)以相同硬度的物體對努氏維氏兩種壓頭具有相等的抗力為依據(jù)，分別對維氏努氏兩種壓頭在加載荷下的應(yīng)力進(jìn)行推導(dǎo)，再根據(jù)σHK=σHV得出：HV=0.968HK。本公式是在低載荷下測得，誤差比較大。此外在硬度值大于HV900時此公式誤差很大，失去參考價值。

(2)經(jīng)過推導(dǎo)與修正提出努氏硬度與維氏硬度的換算公式為


經(jīng)實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證，該公式的最大相對換算誤差為0.75%，具有較高的參考價值。

2.洛氏硬度與維氏硬度的換算
(1)對Hans·Qvarnstorm提出的The Qvarnstorm換算公式


進(jìn)行修正后得出洛氏硬度與維氏硬度的換算公式為：



此公式用我國公布的黑色金屬硬度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，其HRC誤差基本上在±0.4HRC 范圍內(nèi)，其最大誤差也僅士0.9HRC，計(jì)算的HV誤差最大為±15HV。

(2)根據(jù)不同壓頭所受應(yīng)力σHRC=σHV，通過對洛氏硬度與維氏硬度壓痕深度關(guān)系曲線的分析得出公式

本公式與國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)換算值對照,換算式計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值之誤差為±0.1HRC。

(3)根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用線性回歸的方法對洛氏硬度與維氏硬度的換算進(jìn)行探討，得出公式：

本公式使用范圍小，誤差較大，但計(jì)算簡便，在對精度要求不高時可以使用。

3.洛氏硬度與布氏硬度的換算
(1)對布氏壓痕和洛氏壓痕深度關(guān)系進(jìn)行分析，根據(jù)壓頭的應(yīng)力σHRC=σHB得出換算公式
       
        
計(jì)算結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值對照，換算式計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值之誤差為±0.1HRC。

(2)根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用線性回歸法得到公式

公式誤差偏大，使用范圍偏小，但計(jì)算簡便，在對精度要求不高的情況下可以使用。

4.布氏硬度與維氏硬度的換算
布氏硬度與維氏硬度的關(guān)系，同樣根據(jù)σHB=σHV得出公式

此公式換算結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)換算值對照，換算誤差為±2HV。

5.努氏硬度與洛氏硬度的換算
因?yàn)榕嫌捕扰c洛氏硬度的對應(yīng)曲線類似于拋物線，故由曲線得出近似的換算公式為

此公式比較準(zhǔn)，可以作為使用參考。





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