概念

硬度是材料抵抗局部变形（如划痕、压痕或摩擦）能力的量度。用于评估材料的耐磨性、切削加工性能和抗塑性变形能力。

分类与测试方法

• 布氏硬度（Brinell Hardness, HB）
  • 原理：使用硬化钢球或硬质合金球（通常是直径为 10 mm 的球体）在规定的负荷下压入材料表面，保持一定时间后，测量压痕直径，通过压痕面积计算硬度值。
  • 应用：适用于较软的材料，如铸
  • 铁、钢材、铜合金等，主要用于测定粗大晶粒和不均匀材料的硬度。钢球压头用 HBS 表示，硬质合金球用 HBW 表示
• 洛氏硬度（Rockwell Hardness, HRA、HRB、HRC）
  • 原理：通过金刚石锥或钢球在较小的初始负荷下压入材料表面，随后增加更大的主负荷，去除负荷后测量压痕深度，并以此计算硬度值。常见的标度有 HRC（用于硬钢）、HRB（用于软钢和有色金属）。
  • 应用：广泛用于金属材料的硬度测试，特别是钢材，HRC（C 标度）常用于硬钢的测量。
• 维氏硬度（Vickers Hardness, HV）
  • 原理：使用金字塔形金刚石压头，在一定负荷下压入材料表面，测量压痕对角线长度，通过压痕面积计算硬度值。维氏硬度测试适用于各种材料，特别是薄材料或小零件。
  • 应用：适用于硬度范围较宽的材料，如钢、铜合金、铝合金等，也适用于薄材料和表面硬度测量。
• 肖氏硬度（Shore Hardness, HS）
  • 原理：使用弹性测试仪器，通过测量从特定高度跌落的标准锤在材料表面弹回的高度来确定硬度。分为肖氏 A 硬度（软质材料，如橡胶）和肖氏 D 硬度（硬质材料，如塑料）。
  • 应用：主要用于测定橡胶、塑料等非金属材料的硬度。
• 努氏硬度（Knoop Hardness, HK）
  • 原理：与维氏硬度相似，使用一种菱形压头，但压痕形状不同，更适用于测试薄层材料或脆性材料。
  • 应用：用于陶瓷、玻璃、涂层等脆性材料的硬度测试。
• 莫氏硬度（Mohs Hardness）
  • 原理：使用刻划硬度方法，将一种材料在另一种材料上划出痕迹的能力表示材料的硬度。莫氏硬度是一个相对标度，从 1（滑石）到 10（钻石）。
  • 应用：常用于矿物学和地质学中的硬度评估。

硬度的作用与应用

• 耐磨性评估：硬度是衡量材料耐磨性的重要指标。高硬度的材料更能抵抗摩擦、划伤和磨损，因此在刀具、模具、轴承、齿轮等零件的设计中，硬度是关键考虑因素。
• 切削加工性能：硬度也影响材料的可加工性。通常较软的材料易于加工，而硬度较高的材料加工难度大，需要选择合适的刀具材料和切削参数。
• 表面处理评估：表面处理如镀铬、渗碳、氮化等都旨在提高表面硬度，增加零件的耐磨性和使用寿命。通过硬度测试，可以评估表面处理的效果。

最常用的几种测试方法

• 洛氏硬度（HRC, HRB）
  • 应用最广泛：洛氏硬度测试因其操作简便、测试速度快，且适用于不同硬度范围的材料，因此在机械制造和加工领域应用最广泛。尤其是 HRC 标度，常用于测量钢材和硬质合金材料的硬度。
  • 典型应用：HRC 用于热处理后的钢材、工具、模具等材料的硬度测试，HRB 适用于较软的材料如低碳钢和一些有色金属。
• 布氏硬度（HB）
  • 应用于大块材料和铸件：布氏硬度因其测试压痕较大，适合测试粗晶材料或不均匀材料（如铸件）。布氏硬度常用于铸铁、钢材、铜合金等材料的测试。
  • 典型应用：大型铸件、锻件和粗晶材料的硬度测试。
• 维氏硬度（HV）
  • 适用于各种材料：维氏硬度测试由于其可以测试范围较广，尤其适合用于小零件、薄材料或表面硬化层的测试，在要求高精度的场合广泛使用。
  • 典型应用：表面处理后的材料（如渗碳、氮化层）的硬度测量，以及小零件或薄板材的硬度测试。

小结

• 洛氏硬度测试（尤其是 HRC）由于其操作简单、测试速度快、适用范围广，是机械制造和加工领域中使用最为广泛的硬度测试方法。
• 布氏硬度适合较大和粗糙材料，维氏硬度适合精密测量和表面层硬度测试。