測(cè)定壓痕對(duì)角線的長(zhǎng)度；硬度測(cè)試裝置則是將一事實(shí)上的載荷加在一事實(shí)上的壓并沒有上，確定測(cè)試部位。壓入所確定的測(cè)試部位。

一項(xiàng)重要的力學(xué)性能指標(biāo)。與其他力學(xué)性能的測(cè)試方法相比，硬度反映了資料彈塑性變形特性。硬度試驗(yàn)具有下列優(yōu)點(diǎn)

可在各種不同尺寸的試樣上進(jìn)行試驗(yàn)，試樣制備簡(jiǎn)單。試驗(yàn)后試樣基本不受破壞；設(shè)備簡(jiǎn)便，操作方便，丈量速度快；硬度與強(qiáng)度之間有近似的換算關(guān)系，根據(jù)測(cè)出的硬度值就可以粗略地估算強(qiáng)度極限值。

測(cè)定資料在變形過程中所表面出來的抗力。有的硬度表示了資料抵抗塑性變形所以硬度試驗(yàn)在實(shí)際中得到廣泛地應(yīng)用。硬度測(cè)定是指反一定的形狀和尺寸的較硬物體（壓頭）以一定壓力接觸資料外表。

壓力載荷小于9.81N1kgf時(shí)測(cè)試的硬度叫微觀硬度。能力（如不同載荷壓入硬度測(cè)試法）有的硬度表示資料抵抗彈性變形的能力（如肖氏硬度）通常壓入載荷大于9.81N1kgf時(shí)測(cè)試的硬度叫宏觀硬度。

希反映資料宏觀范圍性能；后者用于小而薄的試件，前者用于較在尺寸的試件。希反映微小區(qū)域的性能，如顯微組織中不同的相的硬度，資料外表的硬度等。硬度計(jì)的種類很多，這里重點(diǎn)介紹常用的洛氏

布氏、維氏和顯微硬度測(cè)試法。14.1洛氏硬度測(cè)試法一、洛氏硬度的丈量原理洛氏硬度丈量法是常用的硬度試驗(yàn)方法之一

壓入材料的塑性變形濃度來表示的用壓頭（金剛石圓錐或淬火鋼球）載荷（包括預(yù)載荷和主載荷）作用下。

資料越軟；壓入的濃度越小，通常壓入材料的深度越大。資料越硬。0-0未加載荷，壓頭未接觸試件時(shí)的位置。1-1壓頭在預(yù)載荷P098.1N作用下壓入試件深度為h0時(shí)的位置。h0包括預(yù)載所相起的彈形變形和塑性變形。2-2加主載荷P1后，壓頭在總載荷P=P0+P1作用下壓入試件的位置。

壓頭壓入試樣的深度為h1由于P1所產(chǎn)生的彈性變形被消除， 3-3去除主載荷P1后但仍保管預(yù)載荷P0時(shí)壓頭的位置。所以壓頭位置提高了h此時(shí)壓頭受主載荷作用實(shí)際壓入的濃度為h=h1-h0

說明試件越軟，實(shí)際代表主載P1造成的塑性變形深度。h值越大。h值越小，說明試件越硬。為了適應(yīng)人們習(xí)慣上數(shù)值越大硬度越高的概念，人為規(guī)定，用一常數(shù)K減去壓痕深度h數(shù)值來表示硬度的高低。并規(guī)定0.002mm為一個(gè)洛氏硬度單位，用符號(hào)HR表示，則洛氏硬度值為：

紅色的30和黑色的0相重合。使用金剛石圓錐壓頭時(shí)，此值為無量綱數(shù)。丈量時(shí)可直接在表盤上讀出。表盤上有紅、黑兩種刻度。常數(shù)K為0.2mm硬度值由黑色表盤表示，此時(shí)使用鋼球（Φ=1.588mm壓頭時(shí)，

此時(shí)洛氏硬度計(jì)的壓頭共有5種，常數(shù)K為0.26mm硬度值由紅色表盤表示。其中常用的有兩種：一種是頂角為120°的金剛石圓錐壓頭，用來測(cè)試高硬度的資料；另一種是直徑為的淬火鋼球，用來測(cè)軟材料的硬度。對(duì)于特別軟的資料，有時(shí)還使用直徑為的鋼球作壓頭，

可用不同的壓頭和不同的總載荷配成不同標(biāo)度的洛氏硬度。洛氏硬度共有15種標(biāo)度供選擇，不過這幾種比較少用。為了擴(kuò)大洛氏硬度的丈量范圍。分別為：HRA HRBHRCHRDHREHRFHRGHRHHRKHRLHRMHRPHRRHRSHRV

其中常用的幾種標(biāo)度列表如下：表14-1各種洛氏硬度值的符號(hào)及應(yīng)用 標(biāo)度符號(hào)壓頭總載荷 Nkg表盤上刻度顏色常用硬度值范圍應(yīng)用舉例 HRA 金剛石圓錐588.660黑色70~85碳化物、硬質(zhì)合金、外表淬火鋼等 HRB1.588mm鋼球981100紅色25~100軟鋼、退火鋼、銅合金

HRC金剛石圓錐1471.5150黑色20~67淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等 HRD金剛石圓錐981100黑色40~77薄鋼板、中等厚度的外表硬化工件 HRE3.175mm鋼球981100紅色70~100鑄鐵、鋁、鎂合金、軸承

構(gòu)造各不相同，合金 HRF1.588mm鋼球588.660紅色40~100薄板軟鋼、退火銅合金 HRG1.588mm鋼球1471.5150紅色31~94磷青銅、鈹青銅 HRH3.175mm鋼球588.660紅色 鋁、鋅、鉛二、洛氏硬度計(jì)的構(gòu)造洛氏硬度計(jì)種類很多。但構(gòu)造原理及主要部件都相同。①-壓頭 ②-

然后卸去載荷，載荷法碼 ③--主杠桿 ④-丈量杠桿 ①--讀數(shù)百分表 ②--裝壓腦處 ⑤-表盤 ⑥-緩沖裝置 ⑦--載物臺(tái) ⑧-升降絲杠 ③-載物臺(tái) ④--升降絲杠手輪 ⑤--加載手輪 ⑥--卸載手輪 14.2布氏硬度測(cè)試法一、布氏硬度的丈量原理 選擇一事實(shí)上的載荷P把直徑為D淬火鋼球壓入試件外表并堅(jiān)持一定時(shí)間。丈量鋼球在試樣表面壓出的壓痕直徑d

算出載荷P與壓痕面積的比值，計(jì)算出壓痕面積。這個(gè)比值所表示的硬度就是布氏硬度，用符號(hào)HB表示。布氏硬度的丈量原理如圖11-4所示。設(shè)壓痕的深度為h則壓痕的球冠面積為：式中：P

通常只給出數(shù)值而不寫單位，測(cè)試用的載荷（kgD壓頭鋼球的直徑（mmd壓痕直徑（mmF壓痕面積（mm2布氏硬度的單位為kg/mm2這是目前各國(guó)文獻(xiàn)中常用的單位。如HB200若要換算成單位MPa需要將硬度值乘以9.81布氏硬度的壓頭

載荷有15.6kg62.5kg182.5kg250kg750kg1000kg3000kg七種?？筛鶕?jù)材料的軟硬不同選擇配合使用。為了不同直徑的壓頭和不同載荷下進(jìn)行測(cè)試時(shí)，鋼球直徑有Φ2.5mmΦ5mmΦ10mm三種。同一種材料的布氏硬度值相同。壓頭的直徑與載荷之間要滿足相似原理。相似原理是指在均質(zhì)材料中，只要壓入角φ（即從壓頭圓心壓痕兩端的連線之

則不論壓痕大小，間的夾角）不變。金屬的平均抗力相等。如圖14-5所示。德國(guó)的邁耶爾（Mayer通過試驗(yàn)得出重要經(jīng)驗(yàn)

壓痕直徑d與載荷的關(guān)系為：這個(gè)公式稱為邁耶爾定律。戒a和n均為常數(shù)。還得出如下的結(jié)論：當(dāng)使用的壓頭直徑不同時(shí)，關(guān)系。當(dāng)d/D>0.1時(shí)。指數(shù)n幾乎與D無關(guān)，而常數(shù)a則隨D值的增大而減小

進(jìn)行布氏硬度測(cè)試時(shí)，此式說明。只要使P/D2為一常數(shù)，就可以使壓入角φ保持不變，從而堅(jiān)持了幾何形狀相似的壓痕。所以在布氏硬度丈量中只要滿足P/D2為常數(shù)，則同一資料測(cè)得的布氏硬度值是相同的不同資料測(cè)得的布氏硬度值也可以進(jìn)行比擬。P/D2數(shù)值不是隨便規(guī)定的各種資料軟硬相差很大。如果只規(guī)定一個(gè)P/D2值，對(duì)于較硬的材

壓入角會(huì)太??；對(duì)于較軟的資料，料。壓入角又會(huì)很大。若壓入角太小，壓痕就小，丈量誤差就會(huì)很大。當(dāng)入壓角較

壓痕直徑隨壓入深度增加有較大變化，大但小于90°時(shí)。有利于丈量。但當(dāng)壓入角大小90°時(shí)，隨壓入深度的增加，壓痕變化較小。為了提高丈量精度，通常使0.25<0.5與此對(duì)應(yīng)的壓入角29°<φ<

這樣就需不同的資料使用不同的P/D2值。國(guó)家規(guī)范規(guī)定P/D2比值為301025三種。丈量中對(duì)較軟的資料因塑性變形較大，60°。施加載荷應(yīng)小一些。布氏硬度儀的試驗(yàn)規(guī)范列表表14-2中。二、布氏硬度的測(cè)試方法布氏硬度計(jì)使用的方法如下：1．根據(jù)試件資料選擇合適的壓頭和載荷。2．加預(yù)載。3．加主載并保持一定的時(shí)間。4．卸載。5．將

用帶刻度的低倍放大鏡測(cè)壓痕直徑d6．查《壓痕直徑與布氏硬度對(duì)照表》得到布氏硬度值。表14-2布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范 金屬類型布氏硬度范圍 HB試件厚度 mm載荷P與壓頭直徑D關(guān)系鋼球直徑 D,試樣取下。mm載荷P,kg載荷堅(jiān)持時(shí)間，s黑色金屬140~1506~34~3<2P=

30D2105.02.53000750187.510<140>

66~3<3P=10D2105.02.5100025062.510有色金屬>1306~34~3<2P=30D2105.02.53000750187.53036~1309~-36~3<3P=10D2105.02.5100025062.5308~35>66~3<3P=2.5D2105.02.525062.515.630

因壓痕面積較大， 三、布氏硬度的特點(diǎn)布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是其硬度代表性全面。能反映較大范圍內(nèi)金屬各組成相綜合影響的平均性能，而不受個(gè)別組成相及微小不均勻度的影響。因此特別適用于

數(shù)據(jù)重復(fù)性強(qiáng)，測(cè)定灰鑄鐵、軸承合金和具有粗大晶粒的金屬資料；試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。此外，布氏硬度值和抗拉強(qiáng)度σb間存在一定換算關(guān)系，見表14-3布氏硬度與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系資料硬度值HB-σb近似換算關(guān)系鋼125~175>175σb≈0.343HB10MN/m2σb≈0.362HB10MN/m2鑄鋁合金 σb≈0.26HB10MN/m2退火黃銅、青銅 σb≈0.55HB10MN/m2冷加

致使不難試驗(yàn)太硬的資料。一般在HB450以上就不能使用；由地壓痕較大，工后黃銅、青銅 σb≈0.40HB10MN/m2布氏硬度試驗(yàn)的缺點(diǎn)是其壓頭為淬火鋼球。由于鋼球本身的變形問題。廢品檢驗(yàn)有

不能由硬度計(jì)上直接讀數(shù)（需用帶刻度的低倍放大鏡測(cè)出壓痕直徑，困難；試驗(yàn)過程比洛氏硬度較為復(fù)雜。然后通過查

布氏硬度法只能用來測(cè)定硬度值小于HB450資料，表得到布氏硬度值）11.3維氏硬度測(cè)試法 為了防止鋼球壓頭的*變形。洛氏硬度法為了測(cè)定由軟到硬的不同資料的硬度，采用了不同的壓頭和總載荷，有很多種標(biāo)度，相互間沒有什么，也不能換算。為了實(shí)際應(yīng)用中方便，取同一資料用不同標(biāo)度測(cè)定，列出表格，只能供大致估算。為了從軟到硬

制定了維氏硬度試驗(yàn)法。一、維氏硬度的丈量原理 維氏硬度的丈量原理基本上和布氏硬度相同，不同資料有一個(gè)連續(xù)一致的硬度標(biāo)度。所不同的用金剛石正四棱錐壓頭。正四棱錐兩對(duì)面的夾角為136°

如圖14-6所示。維氏硬度所用的載荷有1kg3kg5kg10kg20kg30kg50kg100kg120kg等，底面為正方形。負(fù)載的選擇主要取決于試件的厚度。載荷P作用下壓頭在試樣外表壓出一個(gè)底面為正

當(dāng)載荷P已知方形的正四棱錐壓痕。用顯微鏡測(cè)定方坑對(duì)角線長(zhǎng)度d維氏硬度值HV等于所用載荷與壓痕面積的比值。壓痕面積F為：式中：P載荷；d壓痕直徑；F壓痕面積。從（14-9式可知。

只要測(cè)得壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度d就可以求出維氏硬度值。通常是丈量d值后從《壓印對(duì)角線與維氏硬度對(duì)照表》中查出相應(yīng)時(shí)。

與此相對(duì)應(yīng)的金剛石正四棱錐的兩以面間夾角就是180°-44°=136°。如圖14-7所示。所以布氏硬度在HB300間的差別增大，硬度值。φ角選擇136°是為了使維氏硬度得到一個(gè)成比例的并在較低硬度時(shí)與布氏硬度基本一致的硬度值。布氏測(cè)試法臺(tái)規(guī)定0.25<0.5理想的d/D值是0.375φ=44°。這是由于布氏測(cè)試法所用的鋼球壓頭開始變形使壓

試樣硬度至少是壓痕深度的10倍或者不小于壓痕對(duì)角線的1.5倍，痕直徑偏大所造成的二、維氏硬度的測(cè)試 1．對(duì)試樣的要求要求試樣經(jīng)過拋光。滿足這個(gè)條件的情況下盡可能選用較大載荷，可減少

丈量誤差。2．壓痕對(duì)角線的丈量維氏硬度壓痕對(duì)角線的長(zhǎng)度是用附在硬度計(jì)上的顯微測(cè)微器進(jìn)行測(cè)量的壓痕對(duì)角線的丈量

取平均值作為壓痕對(duì)角線的長(zhǎng)度d規(guī)定兩條壓痕對(duì)角線之差與較短對(duì)角線之比不大于2%若資料各個(gè)方向上的硬度不均勻而使比值>2%者，精度可達(dá)10-3mm應(yīng)測(cè)出兩條互相垂直的對(duì)角線的線度。需要在硬度值后面注明。維氏硬度不存在洛氏硬度標(biāo)度無法統(tǒng)一的問題，也不存在布氏硬度測(cè)試時(shí)負(fù)荷與壓頭直徑比例關(guān)系的約束和壓頭變形問題。只要滿足布氏

p=ad2只要載荷不太小，法中邁耶爾指數(shù)關(guān)系中n=2時(shí)。硬度值與所用載荷無關(guān)，即不同載荷下的維氏硬度值可以駐進(jìn)行比較。維氏硬度值丈量可靠，資料科學(xué)研究中被廣泛應(yīng)用。但是維氏硬度測(cè)

然后通過計(jì)算或查表才能得到硬度值。丈量過程繁瑣，量過程中需要丈量對(duì)角線的長(zhǎng)度。工作效率低。丈量過程中，采用計(jì)算機(jī)控制丈量過程，采集和處理數(shù)據(jù)，可能克服上述缺點(diǎn)并大大提高工作效率。

也是用壓痕單位面積上所承受的載荷來表示的只是試樣需要拋光腐蝕制成金相顯微試樣，14.4顯微硬度測(cè)試法一、顯微硬度的丈量原理顯微硬度的丈量原理與維氏硬度一樣。以便丈量顯微組織中各相的硬

如圖14-8所示。這種顯微硬度的計(jì)算公式為圖14-8維氏金剛石度。顯微硬度一般用HM表示。顯微硬度測(cè)試用的壓頭有兩種：一種是和維氏硬度壓頭一樣的兩面之間的夾角為136°的金剛石正四棱錐壓頭。

計(jì)算公式差別只是丈量時(shí)用的載荷和壓痕對(duì)角線的單位不同造成的圖14棱錐壓頭 圖14-9努氏（Knoop金剛石棱錐壓頭 式中：P載荷（gd壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度（μm顯微硬度值與維氏硬度*一致。-

9中還表示了另一種顯微硬度壓頭。這種壓頭叫克努普（Knoop金剛石壓頭。壓痕長(zhǎng)對(duì)角線與短對(duì)角線的長(zhǎng)度之比為7.11克努普顯微硬度值為：式中：P載荷（gL壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度（μm顯微

可以將單位省去，硬度如用kg/mm2為顯微硬度的單位時(shí)。例如HM300表示其顯微硬度為300kg/mm2二、顯微硬度計(jì)的構(gòu)造及其應(yīng)用顯微硬度計(jì)是由顯微鏡和硬度計(jì)兩部分組成。顯微鏡用來觀察顯微組織，

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