淺析金屬硬度試驗方法

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。由于硬度能靈敏地反應金屬材料在化學成分、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、科研及工程上都得到廣泛應用。硬度試驗方法比較簡單易行，試驗時不必破壞工件，因此，很適合于成批零件檢驗及機械裝備和零部件材質的現場檢測。由于硬度試驗僅在金屬表面局部體積內產生很小的壓痕，所以用硬度試驗還可以檢查金屬表面層情況，如脫碳與增碳、表面淬火以及化學熱處理后的表面硬度等。

根據受力方式，硬度試驗方法一般可分為壓入法和刻劃法兩種，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。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；而肖氏硬度、里氏硬度和錘擊布氏硬度等則屬于動力實驗法。

各種金屬硬度計就是根據上述試驗方法設計的。下面分別介紹基于各種試驗方法的硬度計的原理、特點與應用。

1 布氏硬度計

1.1布氏硬度計原理

試驗時，用一定直徑的鋼球或硬質合金球施加規定的試驗力壓入試樣表面，經規定的保持時間后，卸除試驗力，試樣表面就殘留壓痕，測量出壓痕直徑，求得壓痕球形表面積。布氏硬度用試驗力除以壓痕表面積的商來計算。

1.2布氏硬度計的特點

布氏硬度適用于退火、正火狀態的鋼鐵件、鑄鐵、有色金屬及其合金，特別對較軟金屬更為適宜。

布氏硬度檢測的優點是其硬度代表性好，由于其壓痕面積較大，因而測得的硬度值是反映金屬在較大范圍內的平均性能。數據穩定，重復性強。

布氏硬度試驗的缺點是對不同的材料需要更換壓頭和改變試驗力，壓痕直徑測量也比較麻煩。由于壓痕較大，對成品件不宜采用。

2 洛氏硬度計

2.1洛氏硬度計原理

洛氏硬度試驗方法與布氏硬度試驗方法不同，它不是通過測量壓痕面積來計算硬度值，而是采用測量壓痕深度的方法來表示材料的硬度。以壓痕殘余深度h代表硬度的高低。

2.2洛氏硬度計特點

洛氏硬度試驗優點是通過變換試驗標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。試驗操作簡便迅速，工作效率高，適合于批量檢驗。

洛氏硬度試驗缺點是壓痕較小，代表性差。

3 維氏硬度計

3.1維氏硬度計原理

維氏硬度的試驗原理與布氏硬度相同，也是根據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。試驗時，將壓頭以規定的試驗力壓入試樣表面，經規定保持時間后，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕對角線長度，試驗力除以壓痕表面積的商就是維氏硬度值。

3.2維氏硬度試驗的特點

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。

維氏硬度試驗有很多優點，由于采用的壓頭為四棱錐體，當試驗力改變時，壓入角恒定不變。因此試驗力從小到大可任意選擇。所測硬度值從低到高標尺連續，不存在硬度無法統一的問題。由于角錐壓痕清晰，采用對角線測量，精確可靠。

維氏硬度試驗的缺點是硬度值測定比較麻煩，工作效率不如洛氏硬度高，不宜用于成批生產的常規檢驗。

參考文獻：

[1]《力學性能試驗》上海科學普及出版社

[2]《硬度測試技術的新動態與發展趨勢》理化檢驗2003年08期

[3]《金屬洛氏硬度試驗》 中國國家標準GB/T230.1—2004