硬度試驗(yàn)-鋼材檢驗(yàn)

硬度試驗(yàn)1、什么是硬度？金屬的硬度，是金屬材料抵抗局部變形，特別是抵抗塑性變形、壓痕或劃痕的能力，同時(shí)也是衡量金屬軟硬程度的判據(jù)。測(cè)定金屬材料的硬度能夠給出其軟硬程度的數(shù)量概念。由于金屬表面以不同深處所承受的應(yīng)力和產(chǎn)生的變形程度不同，因此硬度值可以綜合地反映壓痕附件局部體積內(nèi)金屬的彈性、微量塑變強(qiáng)化能力以及大量形變抗力。通常金屬的硬度越高，抵抗塑性變形的能力就越大，亦即產(chǎn)生塑性變形就越困難。此外，硬度與其它力學(xué)性能（如抗拉強(qiáng)度、延伸率和斷面收縮率）也有著一定的內(nèi)在聯(lián)系，所以從某種意義上來(lái)說(shuō)，硬度的高低對(duì)機(jī)械零件或工具的使用性能和使用壽命均具有決定性的意義?？傮w而言，硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一個(gè)力學(xué)性能指標(biāo)，它表示金屬表面上的局部體積內(nèi)抵抗變形的能力

。硬度不是一個(gè)簡(jiǎn)單的物理概念，而是材料彈性、塑性、強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能的綜合指標(biāo)。廣泛用于金屬材料性能檢測(cè)、工藝質(zhì)量監(jiān)督和新材料研發(fā)第一節(jié)硬度概述2、硬度分類(lèi)

（1）劃痕硬度：主要用于比較不同礦物的軟硬程度，方法是選一根一端硬一端軟的棒，將被測(cè)材料沿棒劃過(guò)，根據(jù)出現(xiàn)劃痕的位置確定被測(cè)材料的軟硬。定性地說(shuō)，硬物體劃出的劃痕長(zhǎng)，軟物體劃出的劃痕短。如莫氏硬度。（2）壓入硬度：主要用于金屬材料，方法是用一定的載荷將規(guī)定的壓頭壓入被測(cè)材料，以材料表面局部塑性變形的大小比較被測(cè)材料的軟硬。

壓入硬度屬于靜力壓入法，靜態(tài)的。由于壓頭、載荷以及載荷持續(xù)時(shí)間的不同，壓入硬度有多種，主要是布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等幾種。

（3）回跳硬度：主要用于金屬材料，方法是使一特制的球體從一定高度自由下落沖擊被測(cè)材料的試樣，并以試樣在沖擊過(guò)程中儲(chǔ)存（繼而釋放）應(yīng)變能的多少（通過(guò)小錘的回跳高度測(cè)定）確定材料的硬度。

回跳硬度屬于動(dòng)力壓入法，如肖氏硬度和里氏硬度屬于動(dòng)力試驗(yàn)法，試驗(yàn)力為動(dòng)態(tài)、具有沖擊性。

3、硬度的特點(diǎn)（1）試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力最小，因而無(wú)論是塑性材料還是脆性材料均能產(chǎn)生塑性變形。（2）金屬的硬度與強(qiáng)度指標(biāo)存在一定對(duì)應(yīng)關(guān)系，如布氏硬度：

Rm=K*HB

式中：Rm----材料的抗拉強(qiáng)度

HB----布氏硬度

K----系數(shù)退回狀態(tài)的碳素鋼，其K=0.34-0.36；合金調(diào)質(zhì)鋼，其K=0.33-0.35。（3）材料的硬度與其耐磨性、疲勞強(qiáng)度等性能均有一定的關(guān)系。通常，硬度愈高，這些性能愈好。（4）測(cè)定金屬的硬度時(shí)，由于其局部體積內(nèi)近產(chǎn)生很小的壓痕，并不影響零件的使用，所以這種檢驗(yàn)方法適合于成品檢驗(yàn)。（5）設(shè)備簡(jiǎn)單，操作迅速方便。第二節(jié)常見(jiàn)硬度的原理與測(cè)量一、布氏硬度布氏硬度的工作原理是對(duì)一定直徑D的碳化鎢合金球以一定試驗(yàn)力F壓入試樣表面，經(jīng)過(guò)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量被測(cè)表面壓痕直徑。布氏硬度值是試驗(yàn)力除以壓痕球形表面積所得的商。布氏硬度值HBW與試驗(yàn)力除以壓痕表面積的商成正比。由于壓痕深度測(cè)量較困難，將其換算為壓痕直徑的關(guān)系。布氏硬度HB的計(jì)算式為：

其中：d—壓痕直徑，mm；h—壓痕深度，mm。布氏硬度試驗(yàn)原理示意圖只要測(cè)出壓痕直徑，即可通過(guò)計(jì)算或查表求出HB值。布氏硬度表示方法：按照GB/T231.1-2018金屬材料布氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法布氏硬度注意事項(xiàng)：1、2、布氏硬度優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用范圍：

鋼球直徑較大，在金屬材料表面上留下的壓痕也較大，故測(cè)得的硬度值比較準(zhǔn)確。布氏硬度值和抗拉強(qiáng)度之間有一定的關(guān)系，因此可按布氏硬度值近似確定金屬材料的抗拉強(qiáng)度。

如被試金屬硬度過(guò)高，將影響硬度值的準(zhǔn)確性，所以布氏硬度試驗(yàn)一般適于測(cè)定布氏硬度值小于650的金屬材料。因此布氏硬度測(cè)量法適用于鑄鐵、非鐵合金、各種退火及調(diào)質(zhì)的鋼材，不宜測(cè)定太硬、太小、太薄和表面不允許有較大壓痕的試樣或工件。布氏硬度注意事項(xiàng)：3、第二節(jié)常見(jiàn)硬度的原理與測(cè)量二、洛氏硬度采用金剛石圓錐體或一定直徑的淬火鋼球作壓頭，壓入金屬材料表面，測(cè)量其壓痕深度計(jì)算確定硬度的大小，這種方法測(cè)量的硬度為洛氏硬度。按照GB/T230.1-2018金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法，洛氏硬度：洛氏硬度是以壓痕塑性變形深度來(lái)確定硬度值的指標(biāo)，以0.002毫米作為一個(gè)硬度單位。在洛氏硬度試驗(yàn)中采用不同的壓頭和不同的試驗(yàn)力，會(huì)產(chǎn)生不同的組合，對(duì)應(yīng)于洛氏硬度不同的標(biāo)尺。二、洛氏硬度洛氏硬度試驗(yàn)采用三種試驗(yàn)力，三種壓頭，它們共有9種組合，對(duì)應(yīng)于洛氏硬度的9個(gè)標(biāo)尺：HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH和HRK。這9個(gè)標(biāo)尺的應(yīng)用涵蓋了幾乎所有常用的金屬材料。要根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料硬度的不同，選用不同硬度范圍的標(biāo)尺來(lái)表示：HRA60kg載荷金剛石錐壓入器；HRB100kg載荷1/16"直徑鋼球壓頭；HRC150kg載荷金剛石錐壓入器；最常用標(biāo)尺是HRC、HRB和HRF，其中HRC標(biāo)尺用于測(cè)試淬火鋼、回火鋼、調(diào)質(zhì)鋼和部分不銹鋼。這是金屬加工行業(yè)應(yīng)用最多的硬度試驗(yàn)方法。HRB標(biāo)尺用于測(cè)試各種退火鋼、正火鋼、軟鋼、部分不銹鋼及較硬的銅合金。HRF標(biāo)尺用于測(cè)試純銅、較軟的銅合金和硬鋁合金。HRA標(biāo)尺盡管也可用于大多數(shù)黑色金屬，但是實(shí)際應(yīng)用上一般只限于測(cè)試硬質(zhì)合金和薄硬鋼帶材料。

二、洛氏硬度

表面洛氏硬度試驗(yàn)采用三種試驗(yàn)力，兩種壓頭，它們有6種組合，對(duì)應(yīng)于表面洛氏硬度的6個(gè)標(biāo)尺。表面洛氏硬度試驗(yàn)是對(duì)洛氏硬度試驗(yàn)的一種補(bǔ)充，在采用洛氏硬度試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)遇到材料較薄，試樣較小，表面硬化層較淺或測(cè)試表面鍍覆層時(shí)，就應(yīng)改用表面洛氏硬度試驗(yàn)。這時(shí)采用與洛氏硬度試驗(yàn)相同的壓頭，采用只有洛氏硬度試驗(yàn)幾分之一大小的試驗(yàn)力，就可以在上述試樣上得到有效的硬度試驗(yàn)結(jié)果。表面洛氏硬度的N標(biāo)尺適用于類(lèi)似洛氏硬度的HRC、HRA和HRD測(cè)試的材料；T標(biāo)尺適用于類(lèi)似洛氏硬度的HRB、HRF和HRG測(cè)試的材料。洛氏硬度計(jì)和表面洛氏硬度計(jì)的標(biāo)尺（即不同的壓頭和試驗(yàn)力組合）通常按材料種類(lèi)、試樣厚度和硬度范圍三方面的因素來(lái)選擇，具體選擇方法敘述如下：按材料種類(lèi)選擇A標(biāo)尺多用于測(cè)量碳化鎢、硬質(zhì)合金、表面硬化零件等等的硬度；B標(biāo)尺多用于測(cè)量有色金屬、合金及退火鋼等低硬度的零件的硬度；C標(biāo)尺多用于測(cè)量碳鋼、工具鋼及合金鋼等經(jīng)淬火、回火處理的試樣的硬度。按材料選擇并不是一種嚴(yán)格的做法。因?yàn)槊恳环N材料隨著其所采用的不同的熱處理工藝，其最終硬度不可能相同，因此所適應(yīng)的硬度標(biāo)尺也不會(huì)相同。洛氏硬度注意事項(xiàng)：1、2、3、第二節(jié)常見(jiàn)硬度的原理與測(cè)量三、維氏硬度維氏硬度(HV)是以一定的試驗(yàn)力和相對(duì)面夾角為136°的正四棱錐形金剛石壓入器壓入材料表面，保持規(guī)定時(shí)間后，測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，用試驗(yàn)力除以材料壓痕凹坑的表面積的值，單位為N/mm2。按照GB/T4340.1-2024金屬材料維氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法，維氏硬度：

維氏硬度表示方法：維氏硬度計(jì)測(cè)量范圍寬廣，可以測(cè)量工業(yè)上所用到的幾乎全部金屬材料，從很軟的材料（幾個(gè)維氏硬度單位）到很硬的材料（3000個(gè)維氏硬度單位）都可測(cè)量。GB/T4340.1-2024標(biāo)準(zhǔn)，維氏硬度注意事項(xiàng)：1、2、GB/T4340.1-2024標(biāo)準(zhǔn)，維氏硬度注意事項(xiàng)：2、第二節(jié)常見(jiàn)硬度的原理與測(cè)量四、里氏硬度按照GB/T17394.1-2014金屬材料里氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法里氏硬度計(jì)（LeebHardnessTester）是一種用于測(cè)量材料硬度的便攜式儀器。它采用了非破壞性的測(cè)試方法，可以快速、準(zhǔn)確地對(duì)金屬材料的硬度進(jìn)行評(píng)估。里氏硬度計(jì)廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、金屬加工、航空航天、汽車(chē)等領(lǐng)域，為質(zhì)量控制和材料分析提供了重要的參考數(shù)據(jù)。（一）里氏硬度優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用范圍：1、優(yōu)點(diǎn)：便攜性好：里氏硬度計(jì)體積小、重量輕，便于攜帶。例如，在野外對(duì)大型機(jī)械零部件或者建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬度檢測(cè)時(shí)，可以很方便地將儀器帶到現(xiàn)場(chǎng)操作。操作簡(jiǎn)便：其操作相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)操作人員的專(zhuān)業(yè)要求不是特別高。一般只需要將沖擊裝置垂直地對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體表面，按下測(cè)試按鈕就可以進(jìn)行測(cè)量。對(duì)被測(cè)物體損傷?。阂?yàn)槭菑椥詻_擊，在材料表面留下的壓痕非常小，對(duì)于一些表面質(zhì)量要求高或者不允許有較大損傷的材料檢測(cè)很合適，如一些精密機(jī)械零件或者裝飾性的金屬表面。2、缺點(diǎn)：精度受多種因素影響：測(cè)量精度會(huì)受到被測(cè)材料的表面粗糙度、材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不均勻性、測(cè)試時(shí)沖擊體的垂直度、材料的彈性模量等因素的影響。例如，如果材料表面很粗糙，可能會(huì)導(dǎo)致沖擊體的回彈受到干擾，使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。需要校準(zhǔn)：里氏硬度計(jì)需要定期校準(zhǔn)，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。而且不同的材料可能需要不同的校準(zhǔn)方式，這增加了使用的復(fù)雜性。3、應(yīng)用范圍金屬材料檢測(cè)：廣泛應(yīng)用于鋼鐵、有色金屬等各種金屬材料的硬度檢測(cè)。在機(jī)械制造行業(yè)，可以用來(lái)檢測(cè)機(jī)床刀具、模具、齒輪等零部件的硬度。例如，在汽車(chē)制造中，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸、連桿等部件進(jìn)行硬度檢測(cè)，確保其質(zhì)量符合要求。大型結(jié)構(gòu)件檢測(cè)：對(duì)于大型的焊接結(jié)構(gòu)、橋梁、壓力容器等結(jié)構(gòu)的硬度檢測(cè)也很有用。在建筑行業(yè)，可以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的梁柱等進(jìn)行硬度監(jiān)測(cè)，評(píng)估其力學(xué)性能和質(zhì)量。（二）里氏硬度注意事項(xiàng)：1、2、（二）里氏硬度注意事項(xiàng)：3、4、（三）里氏硬度標(biāo)尺的選擇（ASTMA956/A956M）：（三）里氏硬度標(biāo)尺的選擇（ASTMA956/A956M）：（四）影響里氏硬度測(cè)定結(jié)果的主要操作誤差因素1、材料的彈性模量對(duì)里氏硬度計(jì)測(cè)定結(jié)果的影響里氏硬度計(jì)的測(cè)定除受材料強(qiáng)度的影響外，還要受材料的彈性模量E的影響。由于各種金屬材料化學(xué)成分、加工工藝和熱處理狀態(tài)不同，他們的E值也各不相同，所以在測(cè)量LD時(shí)一定要注意各種被測(cè)金屬材料的E值，以免測(cè)量結(jié)果有誤。

2、測(cè)試前用標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行校準(zhǔn)，符合要求才能進(jìn)行測(cè)試一般的校驗(yàn)操作，以垂直向下方向在高硬度里氏標(biāo)塊上均布的測(cè)試五次(這五次硬度值應(yīng)不含有粗大誤差值，否則應(yīng)刪除并補(bǔ)足次)。粗大誤差值是對(duì)同一試樣進(jìn)行一組多次等精密測(cè)量時(shí)出現(xiàn)的因不正常因素造成明顯偏差的誤差。2.1誤差分類(lèi)及處理誤差在出廠標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)(如±6HL)，硬度計(jì)性能良好，可以正常使用；誤差在±12HL以外的，硬度計(jì)性能降低太大，應(yīng)送生產(chǎn)廠商修理；誤差在出廠標(biāo)準(zhǔn)和±12HL之間的可以用于上產(chǎn)，但需要對(duì)測(cè)試值進(jìn)行修正。2.2誤差值修正校驗(yàn)誤差在標(biāo)準(zhǔn)和±12HL之間時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)測(cè)試值HL按下式修正后作為硬度值：

HL=HL1*（HL標(biāo)/HL標(biāo)測(cè)）

HL1為試件測(cè)試值；HL標(biāo)為標(biāo)塊標(biāo)準(zhǔn)值；HL標(biāo)測(cè)為標(biāo)塊測(cè)試值。3、試件表面粗糙度有些里氏硬度試驗(yàn)操作人員對(duì)粗糙的影響重視不足。在布氏、維氏那樣的靜態(tài)硬度試驗(yàn)中，粗糙度對(duì)示值的影響更多的是因?yàn)檩^大的粗糙度使壓痕邊緣不清晰而造成人眼讀數(shù)不準(zhǔn)，那么既然里氏硬度試驗(yàn)示值是儀器電路自動(dòng)顯示的，所以表面粗糙度的影響該是較小，這種認(rèn)識(shí)是不準(zhǔn)確、不全面的。里氏硬度計(jì)由于載荷的變動(dòng)，示值受粗糙度的影響不但十分明顯且只會(huì)偏低。由于事實(shí)上并不存在Ra=O的理想表面，而微小R微不足道，因此標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：D、DC型-Ra<1.6；G型一Ra<6.3；C型-Ra<0.4}。被測(cè)試件表面粗糙度大，表面凹凸不平，當(dāng)沖頭落在試件表面上時(shí)，使凸起的部分產(chǎn)生了變形，吸收了沖頭的沖擊能量，從而降低了沖頭回彈速度，使測(cè)量值偏小。另外，由于凹凸表面的不規(guī)則性，使沖頭下落時(shí)消耗的能量不定，因此各次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性變大。4、測(cè)量點(diǎn)的間距

每次對(duì)試件進(jìn)行測(cè)量，都會(huì)在試件表面形成壓痕，每個(gè)壓痕形成后，在壓痕的周?chē)鷷?huì)形成相應(yīng)的“冷作硬化”，從而使該區(qū)域的硬度值增加，因此新壓痕及其應(yīng)力區(qū)應(yīng)離開(kāi)這個(gè)區(qū)域，否則硬度值就會(huì)偏高。由于里氏硬度沖擊裝置沒(méi)有精確調(diào)整的壓痕中心定位機(jī)構(gòu)，壓痕間距一般要求由操作者目測(cè)控制，因此對(duì)D型沖擊裝置壓痕最小中心距離為3mm；對(duì)C型沖擊裝置壓痕最小中心距離為2mm；對(duì)G型沖擊裝置壓痕最小中心距離為4mm。

當(dāng)壓痕距試件邊緣過(guò)近時(shí)，會(huì)使壓痕靠近邊緣部分產(chǎn)生變形，在沖頭回彈過(guò)程中產(chǎn)生分向切速度，使沖頭有效回彈速度VR減小，使測(cè)量結(jié)果變小。5、沖頭的沖擊方向因?yàn)槔锸嫌捕扔?jì)是以具有最大沖擊能量的垂直向下方向測(cè)得的，與其他方向相比測(cè)試值由于重力和摩擦的作用使VA和VR產(chǎn)生相應(yīng)變化使沖擊能量降低，因此其他方向的測(cè)試值均需要修正，且方向偏離垂直向下越大，修正的絕對(duì)值越大。方向的修正值共分為四檔，分別為對(duì)應(yīng)斜向下、水平、斜向上、垂直向上四個(gè)方向。相鄰方向差為45°。對(duì)同一種沖擊裝置、同一個(gè)要修正的方向，試件硬度越低，塑性變形就越大，彈性變形就相對(duì)變小，變形修正值的絕對(duì)值越大，反之亦然。各種沖擊裝置的方向修正表各不相同。每種沖擊裝置的方向修正值與試件材料的種類(lèi)無(wú)關(guān)。在試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)首選垂直向下測(cè)試。備注：6、試件的厚度里氏硬度試驗(yàn)方法對(duì)均勻性能材質(zhì)試樣試驗(yàn)部位在試驗(yàn)方向上的厚度要求與布、洛、維氏等靜態(tài)硬度方法對(duì)厚度的要求有所不同，里氏硬度試樣對(duì)厚度的要求不僅要防止被打穿，還要防止因形狀原因使試樣在受到載荷沖擊時(shí)發(fā)生彈性或塑形變形，一旦發(fā)生變形就必然會(huì)使回彈速度降低，使測(cè)試結(jié)果變小。對(duì)于厚壁試件，厚度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響不是很敏感；而薄壁管，試件的剛性降低，容易吸收沖擊能量產(chǎn)生塑形位置變化和振動(dòng)，從而使沖頭回彈速度VR降低，造成測(cè)量值偏低。7、多次打磨凹坑在多次打磨側(cè)量后，試件表面就會(huì)產(chǎn)生凹坑，導(dǎo)致沖頭距離試件的距離增大，因此使VR明顯減小使測(cè)量結(jié)果變小。8、系統(tǒng)穩(wěn)定性任何準(zhǔn)確、有效的試驗(yàn)都要求盡可能地避免各種外來(lái)的干擾。對(duì)于動(dòng)態(tài)的里氏硬度試驗(yàn)，系統(tǒng)穩(wěn)定就顯得尤為重要。這里的系統(tǒng)