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【材料硬度】材料的硬度分類及其優(yōu)缺點解析

來源：測試GO 時間：2022-08-05 10:47:22 瀏覽：10031次

硬度的概念與分類：

硬度是衡量材料軟硬程度的一種性能。其物理意義隨試驗方法不同而不同。材料的硬度測試方法主要分為劃痕硬度法、回跳硬度法和壓入硬度法。使用劃痕(刻劃)硬度法可以表征材料切斷強度的大小，回跳硬度法可以表征材料硬度彈性變形功的大小，壓入硬度法能夠表征材料塑形。

布氏硬度

布氏硬度計以及布氏硬度實驗示意圖

布氏硬度的優(yōu)缺點

優(yōu)點:

壓痕面積大，能反映材料較大區(qū)域內(nèi)的平均性能，試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復性好。

缺點:

壓痕面積大，不宜在成品上進行試驗;不同材料需更換不同直徑的壓頭球和改變試驗力;壓頭球本身的變形問題。

布氏硬度公式

D為壓頭直徑，d為壓痕的平均直徑

【注：試樣的厚度至少應該是壓痕深度的八倍

試驗力的選擇應該保證壓痕的直徑在0.24D~0.6D之間。】

壓痕相似原理圖 d與壓入角關(guān)系

要保持在不同的試驗條件下測得同一材料的布氏硬度值相同:

(1)形成的壓入角φ為常數(shù) 壓痕相似原理

(2)保證F/D為常數(shù) 示意圖

各類材料在布氏硬度范圍以及F/d方表格

布氏硬度的表示方法

洛氏硬度

洛氏硬度計以及洛氏硬度實驗示意圖

洛氏硬度的優(yōu)缺點

優(yōu)點:

壓痕較小，可檢驗成品;操作簡便迅速;采用不同標尺可測定各種試樣的硬度;因加有預載荷，可以消除表面輕微的不平度對試驗結(jié)果的影響。

缺點:

壓痕較小，對材料組織的不均勻性很敏感，試驗數(shù)據(jù)分散，重復性差。用不同標尺測得的硬度值無法統(tǒng)一起來，不能直接比較。

洛氏硬度公式

【注：試樣厚度≥10×殘余壓痕深度（金剛石壓頭）

試樣厚度≥15×殘余壓痕深度（球壓頭）】

維氏硬度

維氏硬度計以及維氏硬度實驗示意圖

維氏硬度的優(yōu)缺點

優(yōu)點:

與布氏硬度比較，不存在壓頭變形問題，不受F/D2必須為某一固定值的限制，壓痕為正方形，對角線長度易于精確測量;與洛氏硬度比較，不存在不同標尺的硬度無法統(tǒng)一的問題;且測量范圍較寬，軟硬材料均可測試。

缺點:

硬度值需要通過測量對角線后才能計算(或查表)得出，效率偏低，但隨著自動維氏硬度計的發(fā)展，這一缺點已不復存在。

維氏硬度公式

F為試驗力；d為兩壓痕對角線長度d1和d2的算數(shù)平均值

【注：試樣厚度至少應該為壓痕對角線長度的1.5倍。】

顯微硬度

顯微硬度計外觀以及努氏顯微硬度實驗壓頭與壓痕圖

努氏壓頭硬度試驗的優(yōu)點:在相同的對角線長度下(努氏壓痕以長對角線計)，努氏壓痕的深度與面積只有維氏壓痕的15%。測量點緊湊，壓痕體積小，能測出硬度微小變化區(qū)域，也可測薄層硬度。

顯微硬度公式

F:試驗力;A:壓痕投影面積;l:長對角線長度

其他硬度

肖氏硬度試驗:屬于動載荷實驗法，它是將具有一定質(zhì)量的帶有金剛石或合金鋼球的重錘從一定高度落向試樣表面，根據(jù)重錘回跳的高度來表征材料的硬度值，用HS表示。

里氏硬度試驗:屬于動載荷試驗法，它是用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定速度沖擊試樣表面，用沖頭(碳化鎢球)的回彈速度表征材料的硬度值。里氏硬度的符號為HL。

莫氏硬度:以常見的十種礦物來作為標準用相互刮擦以區(qū)分孰硬孰軟。

滑石(talc)1(硬度最小)，石膏(gypsum)2，方解石(calcite)3，螢石(fluorite)4，磷灰石(apatite)5，正長石(feldspar)6，石英(quartz)7，黃玉(topaz)8，剛玉(corundum)9，金剛石(diamond)10。

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