硬度概念

金刚石的硬度是10，是世界上硬度最高的物质。这是大家都知道的常识，那么具体什么是硬度，硬度的标准是什么呢？

在物理学中，硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。固体对外界物体入侵的局部抵抗能力，是比较各种材料软硬的指标。由于规定了不同的测试方法，所以有不同的硬度标准。各种硬度标准的力学含义不同，相互不能直接换算，但可通过试验加以对比。

硬度分为：

1、回跳硬度

主要用于金属材料，方法是使一特制的小锤从一定高度自由下落冲击被测材料的试样，并以试样在冲击过程中储存（继而释放）应变能的多少（通过小锤的回跳高度测定）确定材料的硬度。

2、划痕硬度

主要用于比较不同矿物的软硬程度，方法是选一根一端硬一端软的棒，将被测材料沿棒划过，根据出现划痕的位置确定被测材料的软硬。定性地说，硬物体划出的划痕长，软物体划出的划痕短。

1722年，法国的R．-A．F．de列奥米尔首先提出了极粗糙的划痕硬度测定法。此法是以适当的力使被和材料在一根由一端硬渐变到另一端软的金属棒上划过，根据棒上出现划痕的位置确定被测材料的硬度。1822年，F．莫斯以十种矿物的划痕硬度作为标准，定出十个硬度等级，称为莫氏硬度。十种矿物的莫氏硬度级依次为：金刚石（10），刚玉（9），黄玉（8），石英（7），长石（6），磷灰石（5），萤石（4），方解石（3），石膏（2），滑石（1）。其中金刚石最硬，滑石最软。莫氏硬度标准是随意定出的，不能精确地用于确定材料的硬度，例如10级和9级之间的实际硬度差就远大于2级和1级之间的实际硬度差。但这种分级对于矿物学工作者野外作业是很有用的。

3、压入硬度

压入硬度主要用于金属材料，用一定的载荷将规定的压头压入被测材料，根据材料表面局部塑性变形的程度比较被测材料的软硬，材料越硬，塑性变形越小。压入硬度在工程技术中有广泛的用途。压头有多种，如一定直径的钢球、金刚石圆锥、金刚石四棱锥等。载荷范围为几克力至几吨力（即几十毫牛顿至几万牛顿）。压入硬度对载荷作用于被测材料表面的持续时间也有规定。主要的压入硬度有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等。

1、洛氏硬度

洛氏硬度（HR）测试当被测样品过小或者布氏硬度（HB）大于450时，就改用洛氏硬度计量。试验方法是用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为1.59mm/3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕深度求出材料的硬度。

2、布氏硬度

布氏硬度的测定原理是用一定大小的试验力F(N)（通常是以3000kgf的压力F，注：1kgf=9.8N，kgf即一千克的力的意思）,把直径为D（mm）的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面（图1），保持规定时间后卸除试验力，用读数显微镜测出压痕平均直径d (mm)，然后按公式求出布氏硬度HB值，或者根据 d 从已备好的布氏硬度表中查出HB值。由于金属材料有硬有软，被测工件有厚有薄，有大有小，如果只采用一种标准的试验力F和压头直径D，就会出现对某些工件和材料的不适应的现象。因此，在生产中进行布氏硬度试验时，要求能使用不同大小的试验力和压头直径，对于同一种材料采用不同的F和D进行试验时，能否得到同一的布氏硬度值，关键在于压痕几何形状的相似，即可建立F和D的某种选配关系，以保证布氏硬度的不变性。 特点：一般来说，布氏硬度值越小，材料越软，其压痕直径越大；反之，布氏硬度值越大，材料越硬，其压痕直径越小。布氏硬度测量的优点是具有较高的测量精度，压痕面积大，能在较大范围内反映材料的平均硬度，测得的硬度值也较准确，数据重复性强。

3、维氏硬度

单位：kg/mm2 

简介：维氏硬度

英文词条名：Vickers-hardness

维氏硬度也是表示材料硬度的一种标准。由英国科学家维克斯首先提出。以49.03~980.7N的负荷,将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入器压材料表面,保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。维氏硬度尚有小负荷维氏硬度，试验负荷1.961~ 49.03N，它适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定；显微维氏硬度，试验负荷 1.961N，适用于金属箔、极薄表面层的硬度测定。 HV-适用于显微镜分析。维氏硬度(HV) 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用载荷值除以材料压痕凹坑的表面积，即为维氏硬度值(HV)。

矿物硬度指矿物抵抗外来机械作用力（如刻画、压入、研磨等）侵入的能力。在矿物学中所称的硬度，通常多是指摩氏硬度，即矿物与摩氏硬度计相比较的刻划硬度。

1822年，德国矿物学家Friedrich Mohs提出用10种矿物来衡量物体相对硬度，即摩氏硬度，由软至硬分为十级：1）滑石，2）石膏3）方解石4）萤石5）磷灰石6）正长石 7）石英 8）黄玉 9）刚玉 10）金刚石。

各级之间硬度的差异不是均等的，等级之间只表示硬度的相对大小。

风化、裂隙、杂质以及集合体方式等因素会影响矿物的硬度。风化后的矿物硬度一般会降低。有裂隙及杂质的存在，会影响矿物内部连接能力，也会使硬度降低。集合体如呈细粒状、土状、粉末状或纤维状，则很难精确确定单体的硬度。因此测试矿物硬度要尽量在颗粒大的单体的新鲜面上进行。有时某些矿物具明显脆性，当他被小刀刻化时极易碎裂成小粒脱落，这并非表示该矿物的硬度小于小刀。

矿物的硬度是矿物的重要物理常数和鉴定标志。某些矿物的硬度的细微变化常与形成条件有关，因此根据硬度可以探讨矿物的成因。矿物的硬度在工业技术上有重要意义。例如高精度的金刚石广泛的用于研磨、切割、抛光等重要工具，低硬度的石墨是重要的固体润滑剂。矿物硬度是鉴定矿物的重要特征之一。高硬度的矿物如金刚石、刚玉等，其高硬度的性能已被广泛应用于工业技术，如高速切削、高级研磨以及用于电气、航空、精密仪表等。

硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标，它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。硬度不是一个简单的物理概念，而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。

硬度试验根据其测试方法的不同可分为静压法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等）、划痕法（如莫氏硬度）、回跳法（如肖氏硬度）及显微硬度、高温硬度等多种方法。

布氏硬度以HB[N(kgf/mm2)]表示（HBS\HBW)（参照GB/T231－1984），生产中常用布氏硬度法测定经退火、正火和调质的钢件，以及铸铁、有色金属、低合金结构钢等毛胚或半成品的硬度。

洛氏硬度可分为HRA、HRB、HRC、HRD四种，它们的测量范围和应用范围也不同。一般生产中HRC用得最多。压痕较小，可测较薄得材料和硬得材料和成品件得硬度。维氏硬度以HV表示（参照GB/T4340-1999），测量极薄试样。

维氏硬度简介维氏硬度是以压痕测量材料硬度的方法，一般用于表示金属的的硬度，用符号HV表示。维氏硬度是通过用一个相对面间夹角为136度的金刚石正棱锥体压头，在规定...[查看全部]

里氏硬度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，用冲头在距离试样表面1mm处的回弹速度与冲击速度之比计算出的数值，因LEEB博士提出而得名，故而叫里氏硬度。里氏硬度是由瑞士LEEB博士1978年首次提出的全新的硬度测量方法，依据里氏硬度测量原理，可以对多种金属材料进行高精度检测。

OU2100里氏硬度计测量前可先使用随机标准里氏硬度块对仪器进行检验,其示值误差及重复性应不大于表5的规定。

注：随机硬度块的数值是用标定过的里氏硬度计，在其上垂直向下测定5次，取其算术平均值作为随机硬度块的硬度值。

如该值超标，可以使用用户校准功能进行校准。

1、启动

将冲击装置插头插入位于仪器上端的冲击装置插口。

按、键，此时电源接通，仪器进入测量状态。

2、加载

向下推动加载套锁住冲击体；对于DC型冲击装置，则可将加载杆吸于试验表面，将DC型冲击装置插入加载杆，直到停止位置为止，此时就完成了加载。

3、定位

将冲击装置支承环按选定的测量方向紧压在试样表面上，冲击方向应与试验面垂直；

4、测量

按动冲击装置上部的释放按钮，进行测试。此时要求试样、冲击装置、操作者均稳定，并且作用力方向应通过冲击装置轴线。

试样的每个测量部位一般进行五次试验。数据分散不应超过平均值的±15HL。

任意两压痕之间距离或任一压痕中心距试样边缘距离应符合规定。

对于特定材料，欲将里氏硬度值较准确地换算为其他硬度值，必须作对比试验以得到相应换算关系。方法是：用检定合格的里氏硬度计和相应的硬度计分别在同一试样上进行试验。对于每一个硬度值，在三个以上需要换算的硬度压痕周围均匀分布地各测定5点里氏硬度，用里氏硬度平均值和相应硬度平均值分别作为对应值，作出硬度对比曲线，对比曲线至少应包括三组对应的数据。

里氏硬度计的计算公式如下：

HL=1000×Vb /Va ,式中：

HL————里氏硬度符号

Va————球

布氏硬度是以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。

布氏硬度范围为8~650HBW。由于金属材料有硬有软，被测工件有厚有薄，有大有小，如果只采用一种标准的试验力F和压头直径D，就会出现对某些工件和材料的不适应的现象。

因此，在生产中进行布氏硬度试验时，要求能使用不同大小的试验力和压头直径，对于同一种材料采用不同的F和D进行试验时，能否得到同一的布氏硬度值，关键在于压痕几何形状的相似，即可建立F和D的某种选配关系，以保证布氏硬度的不变性。

对于某些金属材料来说，可以根据布氏硬度值粗略地确定其抗拉强度值

洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C为三种不同的标准，称为标尺A、标尺B、标尺C。

当HB 450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：

HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。

HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。

HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。

洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一，三种标尺的初始压力均为98.07N(合10kgf)，最后根据压痕深度计算硬度值。标尺A使用的是球锥菱形压头，然后加压至588.4N(合60kgf)；标尺B使用的是直径为1.588mm(1/16英寸)的钢球作为压头，然后