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硬度试验
hardness test

       简史

       在古代，人们就用软硬的概念来品评金属质量，还用金属互压、异物压入或划伤等原始方式来比较研究金属的软硬。

       至19世纪中叶，钢铁应用日趋广泛，硬度测试方法和设备的研究也广泛展开；

       到本世纪20年代前后，布氏、肖氏、洛氏和维氏硬度试验机相继问世。

       金属硬度乃表示金属相对的软硬程度。硬度值也不能直接用于机件设计。但因硬度测试简便易行，常用于材料质量控制和试验研究。

      特点

       测量固体材料表面硬度的一种材料机械性能试验。
       硬度试验是材料试验中最简便的一种，与其他材料试验如拉伸试验、冲击试验和扭转试验相比，具有以下特点：

       ①试验可在零件上直接进行而不论零件大小、厚薄和形状；

       ②试验时留在表面上的痕迹很小，零件不被破坏；

       ③试验方法简单、迅速。硬度试验在机械工业中广泛用于检验原材料和零件在热处理后的质量。由于硬度与其他机械性能有一定关系，也可根据硬度估计出零件和材料的其他机械性能。

     方法

      硬度试验方法很多，一般分为划痕法、压入法和动力法3类。

      1、划痕法 

      测得的硬度值表示材料抵抗表面局部断裂的能力。试验时用一套硬度等级不同的参比材料与被测材料相互进行划痕比较，从而判定被测材料的硬度等级。这一方法是1812年德国人F.莫斯首先提出的。他将参比材料按硬度递增而分为10个等级，依次为：滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。用这种方法测出的硬度称为莫氏硬度，主要用于矿物的硬度评定。

       2、压入法

       测得的硬度值表示材料抵抗表面塑性变形的能力。试验时用一定形状的压头在静载荷作用下压入材料表面，通过测量压痕的面积或深度来计算硬度。应用较多的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度试验 3种方法。
     （1）布氏硬度试验 

     1900年由瑞典人J.A.布里涅耳首先提出。图1 [布氏硬度试验原理]为布氏硬度试验的原理。试验时用一定大小的载荷P(牛顿)把直径为D（毫米）的钢球压入被测材料表面，保持一定时间后卸除载荷，表面留下直径为（毫米）的压痕，计算出压痕的表面积F，根据下式得出布氏硬度值，用HB表示。
       [0851-01]
       试验在布氏硬度计上进行。适用于各种退火状态下的钢材、铸铁和有色金属，一般用于硬度小于HB 450的场合。
     （2）洛氏硬度试验 

由美国冶金学家S.P.洛克韦尔所提出,是应用最广的试验方法。试验时以锥角为120°的金刚石圆锥或直径为1.588毫米的钢球为压头,先以初载荷P0压入被测件表面，压入深度为0。再加主载荷P1,总载荷P=P0＋P1，此时压入总深度为1。卸除主载荷P1，由于试样的弹性变形恢复了2，因此=1-2-0。由值根据式[851-11]可算出硬度值，式中为常数。实际上,在洛氏硬度计上可以不经计算直接在表盘上读出HR值(图2[洛氏硬度试验原理])。
   为了用一种硬度计测定从软到硬的材料硬度，须采用不同的压头和总载荷，组成不同的标尺,常用的有HRA、HRB、HRC 3种方法（见表[洛氏硬度测定的三种主要方法]）。
   洛氏硬度试验适用于各种钢材、有色金属、淬火后的高硬工件和硬质合金等。
       （3）维氏硬度试验 

英国维克斯公司提出的一种试验方法，用两相对夹角为136°的正棱形角锥以一定载荷P压入被测件表面,由压痕平均对角线长度（毫米）计算压痕表面积F（毫米(），则维氏硬度值HV可由下式计算得出
         [851-12]
      维氏硬度值也可根据压痕对角线长度和载荷查表得出。维氏硬度试验适于用来测定金属镀层或化学热处理后的表面层硬度。
       当维氏硬度试验的作用载荷在 200千克力（1961牛顿）以下时，称为显微硬度试验。它可测定材料微小区域内的如金属中的非金属夹杂物或单个晶粒的硬度，可用来鉴别金相组织中的不同组成相，或测定极薄层内的硬度。

        3、动力法 

        采用动态加载，测得的硬度值表示材料抵抗弹性变形的能力。主要有下列两种：
      （1）肖氏硬度试验

       由美国人A.F.肖尔提出，又称回跳硬度试验。将一个具有一定重量的带有金刚石圆头或钢球的重锤,从一定高度落到被测件的表面,以重锤回跳的高度作为硬度的度量依据。硬度与回跳高度成正比，即回跳的高度越高，材料硬度值越高。肖氏硬度以HS表示。肖氏硬度试验只适合对弹性模量相同的材料进行测定比较。否则就会得到橡皮的HS值高于钢的错误结果。肖氏硬度试验用于测定各种原材料和材料热处理后的硬度。由于肖氏硬度计体积小，携带方便，便于现场应用。
     （2）动态布氏硬度试验 

      将钢球在冲击力作用下压入试样表面,测出被测件上的压痕直径,据此求出硬度值。有两种测法：一种是将钢球在已知的弹簧力的作用下，压入被测件表面，根据压痕大小，得出硬度值。另一种是将钢球置于已知硬度的标准杆和被测件之间，用锤敲击，测出标准杆和被测件的压痕大小，进行比较后，求出被测件的硬度。