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【材料硬度】材料的硬度分类及其优缺点解析

来源：测试GO 时间：2022-08-05 10:47:22 浏览：2745次

硬度的概念与分类：

硬度是衡量材料软硬程度的一种性能。其物理意义随试验方法不同而不同。材料的硬度测试方法主要分为划痕硬度法、回跳硬度法和压入硬度法。使用划痕(刻划)硬度法可以表征材料切断强度的大小，回跳硬度法可以表征材料硬度弹性变形功的大小，压入硬度法能够表征材料塑形。

布氏硬度

布氏硬度计以及布氏硬度实验示意图

布氏硬度的优缺点

优点:

压痕面积大，能反映材料较大区域内的平均性能，试验数据稳定，重复性好。

缺点:

压痕面积大，不宜在成品上进行试验;不同材料需更换不同直径的压头球和改变试验力;压头球本身的变形问题。

布氏硬度公式

D为压头直径，d为压痕的平均直径

【注：试样的厚度至少应该是压痕深度的八倍

试验力的选择应该保证压痕的直径在0.24D~0.6D之间。】

压痕相似原理图 d与压入角关系

要保持在不同的试验条件下测得同一材料的布氏硬度值相同:

(1)形成的压入角φ为常数压痕相似原理

(2)保证F/D为常数示意图

各类材料在布氏硬度范围以及F/d方表格

布氏硬度的表示方法

洛氏硬度

洛氏硬度计以及洛氏硬度实验示意图

洛氏硬度的优缺点

优点:

压痕较小，可检验成品;操作简便迅速;采用不同标尺可测定各种试样的硬度;因加有预载荷，可以消除表面轻微的不平度对试验结果的影响。

缺点:

压痕较小，对材料组织的不均匀性很敏感，试验数据分散，重复性差。用不同标尺测得的硬度值无法统一起来，不能直接比较。

洛氏硬度公式

【注：试样厚度≥10×残余压痕深度（金刚石压头）

试样厚度≥15×残余压痕深度（球压头）】

维氏硬度

维氏硬度计以及维氏硬度实验示意图

维氏硬度的优缺点

优点:

与布氏硬度比较，不存在压头变形问题，不受F/D2必须为某一固定值的限制，压痕为正方形，对角线长度易于精确测量;与洛氏硬度比较，不存在不同标尺的硬度无法统一的问题;且测量范围较宽，软硬材料均可测试。

缺点:

硬度值需要通过测量对角线后才能计算(或查表)得出，效率偏低，但随着自动维氏硬度计的发展，这一缺点已不复存在。

维氏硬度公式

F为试验力；d为两压痕对角线长度d1和d2的算数平均值

【注：试样厚度至少应该为压痕对角线长度的1.5倍。】

显微硬度

显微硬度计外观以及努氏显微硬度实验压头与压痕图

努氏压头硬度试验的优点:在相同的对角线长度下(努氏压痕以长对角线计)，努氏压痕的深度与面积只有维氏压痕的15%。测量点紧凑，压痕体积小，能测出硬度微小变化区域，也可测薄层硬度。

显微硬度公式

F:试验力;A:压痕投影面积;l:长对角线长度

其他硬度

肖氏硬度试验:属于动载荷实验法，它是将具有一定质量的带有金刚石或合金钢球的重锤从一定高度落向试样表面，根据重锤回跳的高度来表征材料的硬度值，用HS表示。

里氏硬度试验:属于动载荷试验法，它是用规定质量的冲击体在弹力作用下以一定速度冲击试样表面，用冲头(碳化钨球)的回弹速度表征材料的硬度值。里氏硬度的符号为HL。

莫氏硬度:以常见的十种矿物来作为标准用相互刮擦以区分孰硬孰软。

滑石(talc)1(硬度最小)，石膏(gypsum)2，方解石(calcite)3，萤石(fluorite)4，磷灰石(apatite)5，正长石(feldspar)6，石英(quartz)7，黄玉(topaz)8，刚玉(corundum)9，金刚石(diamond)10。

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