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【材料硬度】材料的硬度分類及其優缺點解析

來源：測試GO 時間：2022-08-05 10:47:22 瀏覽：6203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

布氏硬度的優缺點

優點:

壓痕面積大，能反映材料較大區域內的平均性能，試驗數據穩定，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為常數壓痕相似原理

(2)保證F/D為常數示意圖

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

洛氏硬度的優缺點

優點:

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，試驗數據分散，重復性差。用不同標尺測得的硬度值無法統一起來，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

維氏硬度的優缺點

優點:

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，它是用規定質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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