硬度適用于大部分材料，特別是金屬，這種價(jià)值、直觀有效、廣泛應(yīng)用的機(jī)械試驗(yàn)法已經(jīng)以各種形式應(yīng)用了 250多年。當(dāng)然，作為一種材料特性，其價(jià)值和重要性不可低估，硬度測(cè)試的信息通常需要與其他材料檢定技術(shù)（如拉力或壓力）一起使用，以提供關(guān)鍵的性能信息。

材料檢測(cè)和硬度測(cè)試的作用和重要性？試想材料測(cè)試和硬度測(cè)試為結(jié)構(gòu)分析、航空航天、汽車制造、質(zhì)量控制、失效分析和其他生產(chǎn)領(lǐng)域和行業(yè)提供的信息及其重要意義。測(cè)定這些材料特性能確保我們深入研究從原料、制備試樣到zui終產(chǎn)品的各類組件的耐久性、強(qiáng)度、彈性和性能。

硬 度測(cè)試是廣泛采用的材料檢測(cè)技術(shù)。它操作簡(jiǎn)單，通常只產(chǎn)生zui少的破壞或*不會(huì)破壞材料，而且與其他材料檢定設(shè)備相比，大部分硬度測(cè)試儀器并不昂貴。此 外，它通常能直接在組件上進(jìn)行測(cè)試而，無需重大改裝。雖然隨著電子時(shí)代和電腦時(shí)代的進(jìn)步，測(cè)試技術(shù)和硬件水平都顯著提高，但早期的硬度測(cè)試技術(shù)仍包括簡(jiǎn)單 的劃痕試驗(yàn)。這些試驗(yàn)需要采用一根硬度從一端到另一端遞增的棒材。測(cè)試材料的水平面會(huì)在棒材上形成一道劃痕，它是試樣硬度的決定因素。后來的硬度測(cè)試法改 為使用金剛石劃片劃擦材料表面，然后測(cè)量產(chǎn)生線條的寬度，再后來，又采用在試驗(yàn)力作用下的鋼球在材料表面產(chǎn)生壓痕。隨著制造需求日益增長(zhǎng)，工業(yè)化程度 不斷提高，人們研發(fā)了更、更有效的設(shè)備和硬度測(cè)試法。要確定一種準(zhǔn)確有效的硬度測(cè)試法，以滿足繁重的制造需求，確保進(jìn)行結(jié)構(gòu)失效分析和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)完善的 材料，以充分融入日益增長(zhǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。近年來，由于硬件、電子和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了更*的硬度測(cè)試設(shè)備，它們能更快速、更可靠、更 地運(yùn)行，并提供極有價(jià)值的信息和特性數(shù)據(jù)。

到底什么是壓痕硬度測(cè)試？zui 基本和zui常用的定義是材料抗*塑性變形的能力。雖然其他硬度測(cè)試技術(shù)（如回跳高度測(cè)試、電磁和超聲測(cè)試）也在各類應(yīng)用環(huán)境下使用，并通過其他技術(shù)測(cè)量材 料硬度，但壓痕硬度測(cè)試能提供可靠、直觀和易于理解的試驗(yàn)結(jié)果。它要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，采用一定的試驗(yàn)力，將具有規(guī)定幾何外形和特性的壓頭壓入材料表面， 然后測(cè)量壓入深度或壓痕尺寸。測(cè)試的材料越柔軟，壓入深度或壓痕尺寸就會(huì)更大。常用的硬度測(cè)試法包括洛氏（壓痕深度或未復(fù)原的壓痕）、努氏/維 氏和布氏（壓痕面積）硬度測(cè)試法。洛氏硬度測(cè)試能快速產(chǎn)生結(jié)果，因此這種方法zui常用，它通常用于測(cè)試金屬和合金材料。努氏和維氏硬度測(cè)試更適合測(cè)試薄材、 鍍層和金相鑲樣。布氏硬度測(cè)試一般用于測(cè)試鑄鐵、大型鋼構(gòu)架和鋁材。在使用手持設(shè)備時(shí)，有些硬度測(cè)試能在幾秒內(nèi)完成。硬度測(cè)試產(chǎn)生的壓痕要么可以磨平，要 么非常小，所以不會(huì)影響組件的性能或外觀。由于能對(duì)組件直接進(jìn)行測(cè)試，所以在向客戶發(fā)貨前，可以檢查每件產(chǎn)品或?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行抽查。

這些常用的硬度測(cè)試如何進(jìn)行？洛 氏硬度測(cè)試以初始試驗(yàn)力產(chǎn)生的壓痕深度測(cè)量值和總試驗(yàn)力產(chǎn)生的額外深度測(cè)量值之間的反比關(guān)系為依據(jù)。先施加初始試驗(yàn)力，確定基準(zhǔn)零位。然后在規(guī)定時(shí)間內(nèi)施 加并消除總試驗(yàn)力，保留施加的初始試驗(yàn)力。產(chǎn)生的洛氏硬度數(shù)表示施加總試驗(yàn)力后，與基準(zhǔn)零位之間的壓痕深度差。整個(gè)測(cè)試過程只需幾秒鐘，測(cè)試塑料zui長(zhǎng)只需 15 秒。用戶能快速直接獲取洛氏硬度測(cè)試的結(jié)果，無需再次進(jìn)行尺寸測(cè)量。zui常用的壓頭是用于測(cè)試硬化鋼和碳化物的 120 度金剛石錐體。通常使用直徑在 1/16” - 1/2”之間的碳化鎢球測(cè)試更柔軟的材料。洛氏硬度標(biāo)尺由壓頭和試驗(yàn)力的組合構(gòu)成。這些組合能構(gòu)成 30 種不同的標(biāo)尺，并采用實(shí)際硬度數(shù)加字母 HR 和單獨(dú)標(biāo)尺表示。記錄的硬度數(shù) HRC 63 表示洛氏硬度 C 級(jí) 63。數(shù)值越高，表示材料越硬，如硬化鋼或碳化鎢。它們的 HRC 硬度值超過 70 HRC。洛氏硬度測(cè)試的試驗(yàn)力可通過閉環(huán)稱重傳感器或傳統(tǒng)的靜載荷系統(tǒng)施加。

這 些常用的硬度測(cè)試如何進(jìn)行？洛氏硬度測(cè)試以初始試驗(yàn)力產(chǎn)生的壓痕深度測(cè)量值和總試驗(yàn)力產(chǎn)生的額外深度測(cè)量值之間的反比關(guān)系為依據(jù)。先施加初始試驗(yàn)力，確定 基準(zhǔn)零位。然后在規(guī)定時(shí)間內(nèi)施加并消除總試驗(yàn)力，保留施加的初始試驗(yàn)力。產(chǎn)生的洛氏硬度數(shù)表示施加總試驗(yàn)力后，與基準(zhǔn)零位之間的壓痕深度差。整個(gè)測(cè)試過程 只需幾秒鐘，測(cè)試塑料zui長(zhǎng)只需 15 秒。用戶能快速直接獲取洛氏硬度測(cè)試的結(jié)果，無需再次進(jìn)行尺寸測(cè)量。zui常用的壓頭是用于測(cè)試硬化鋼和碳化物的 120 度金剛石錐體。通常使用直徑在 1/16” - 1/2”之間的碳化鎢球測(cè)試更柔軟的材料。洛氏硬度標(biāo)尺由壓頭和試驗(yàn)力的組合構(gòu)成。這些組合能構(gòu)成 30 種不同的標(biāo)尺，并采用實(shí)際硬度數(shù)加字母 HR 和單獨(dú)標(biāo)尺表示。記錄的硬度數(shù) HRC 63 表示洛氏硬度 C 級(jí) 63。數(shù)值越高，表示材料越硬，如硬化鋼或碳化鎢。它們的 HRC 硬度值超過 70 HRC。洛氏硬度測(cè)試的試驗(yàn)力可通過閉環(huán)稱重傳感器或傳統(tǒng)的靜載荷系統(tǒng)施加。

另一種常見的硬度測(cè)試法，布氏硬度測(cè)試要求使用直徑 2.5、5 或 10mm 的碳化鎢球，在規(guī)定的時(shí)間（10 – 30 秒）內(nèi)施加恒定的荷載或試驗(yàn)力，通常介于 500 和 3000Kgf 之 間。試驗(yàn)力加載的時(shí)間必須確保金屬的塑性流動(dòng)停止。在特殊應(yīng)用條件下，有時(shí)需要使用更小的試驗(yàn)力和直徑更小的碳化鎢球。與努氏和維氏硬度測(cè)試相似，布氏硬 度測(cè)試只需施加一次試驗(yàn)力。取消試驗(yàn)力后，需使用小功率顯微鏡或自動(dòng)測(cè)量設(shè)備以毫米為單位測(cè)量產(chǎn)生的圓形壓痕。布氏硬度測(cè)試通常用于測(cè)試鋁和銅合金（以較 小試驗(yàn)力）以及鋼和鑄鐵（以較大試驗(yàn)力）。布氏硬度測(cè)試法通常不能測(cè)試淬火鋼，但它非常適合測(cè)試特定材料的表面處理層，因?yàn)樗捎酶蟮膲侯^和試驗(yàn)力，所 以不受材料表面條件的影響。布氏硬度計(jì)通常用于測(cè)試大型零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件和大口徑管道。

硬 度測(cè)試在進(jìn)行材料檢測(cè)、質(zhì)量控制和組件驗(yàn)收時(shí)發(fā)揮了重要作用。我們依靠這些數(shù)據(jù)來驗(yàn)證熱處理影響、結(jié)構(gòu)完整性和組件質(zhì)量，以確定材料是否具備用途要求 的特性。確立硬度結(jié)果和所需的材料特性之間的相關(guān)性可實(shí)現(xiàn)這一目的，并能使硬度測(cè)試技術(shù)在工業(yè)和科研領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用，并確保我們的日常用品中采用的 材料不僅設(shè)計(jì)精妙、實(shí)用，而且安全可靠。