硬度知识大全---那些我们熟知的硬度计

生活中，大家经常接触到2b铅笔，时而互相调侃。铅笔其实除了2b，还有hb等等。学工科以后就会去猜想：这个2b到底是什么意思？

作为一个理论力学刚好及格出头的小编，直观的思维就是：硬度。想当年物理老师还告诉我们，Zui软的是滑石、石墨，比较硬的有铂金啊，钢铁，Zui硬的那些就是很贵很贵各种高大上的宝石，水晶、刚玉、钻石。其实这个就是“莫氏硬度”。

莫氏硬度是表示矿物硬度的一种标准，分成十个等级。

说回到铅笔，铅笔中：b=black（黑度），h=hard（硬度），b数越多铅笔就越黑越软，h数越多就越硬颜色越浅。铅笔硬度等级排序：10b、9b、8b、7b、6b、5b、4b、3b、2b、b、hb、f、h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h。10bZui软墨Zui深，10hZui硬墨Zui浅。所以它不是莫氏硬度。

　　（扯了这么多，其实就想引出今天的话题：硬度。凹死小编了，看在这么辛苦的份上怎么也在文章末尾点一下大拇指吧！）

　　一、什么是硬度

金属重要的性质之一是硬度。铁钉子可以钉入木头是因为铁比木头硬。将另一物体向某一物体表面压入时，该物体的抵抗能力就是硬度。归结到定义就是材料通过塑性变形抵抗外加载荷的强度性能。

二、常见的硬度

　　在硬度检测中，我们经常会看到布氏、洛氏、维氏这些词语。它们是什么意思呢？小编现在慢慢向您说来......

　　我们知道硬度是当一个物体向某一物体压入时，该物体的抵抗能力。那么科学家们就根据这个原理将测试分为两大类：划痕硬度和压入硬度。

所谓的划痕硬度，简单来说是用不同硬度的铅笔划待测物体表面。

压入硬度是将某种材质、形状的压头以一定的负载和速度压入待测物体，然后根据压痕的面积、大小或者深度来计算。其中压入硬度根据压入速度不一样分为静载压入硬度和动载压入硬度（也叫回跳硬度）。

金属硬度大多属于静载压入硬度。

三、常见的压入硬度（布氏、洛氏、维氏）

布氏硬度

用一定直径（d）的硬质合金球体压头，以相应的载荷f（kgf或n）压入试样表面，经规定保持时间（t）后卸载。布氏硬度的定义即为试验力f除以压痕球形表面积（s）所得的商。

计算公式：

注：

①hbs表示压头为淬硬钢球，用于测定布氏硬度值在450以下的材料，如软钢、灰铸铁和有色金属等。

②hbw表示压头为硬质合金，用于测定布氏硬度值在650以下的材料。

③适用于铸铁、非铁合金，各种退火、调质钢材。

洛氏硬度

样件特别硬时，布氏硬度无法提供准确试验。洛氏硬度就登场了。

试验的原理是在初始载荷和载荷先后作用下，将金刚石圆锥体或淬火钢球压头压入试样表面，经规定保持时间后卸载，用增加的压痕深度来计算。

计算公式： hr=k—h/0.002。当压头为金刚石时，k=100；当压头为淬火钢球时，k=130。

对于洛氏硬度，优点是压痕小不损坏工件，操作简便适合批量检测。缺点也在于压痕小，试验值较分散，易引起操作误差。

注：

①hra是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料。例如：硬质合金。

②hrb 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。例如：软钢、有色金属、退火钢、铸铁等。

③hrc 是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度较高的材料。例如：淬火钢等。

④因为洛氏测量是压痕深度，所以样品的粗糙度ra≦0.8um。

⑤对试样的Zui小厚度h要求不小于压痕深度的h的10倍。

维氏硬度

为了从软到硬的各种金属材料用一个压头来测得连续一致的硬度标度，就产生了维氏硬度测量法。

维氏硬度的试验原理与布氏硬度相同，也是根据压痕单应面积所承受的试驻力来计算硬度值。维氏硬度用夹角136度的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力f（0.5、1、2、5、10、20、50kg力）压入试样表面，测出压痕对角线长度d，计算得到压痕表面积，用f/s比值衡量硬度大小。

计算公式：hv=1.8544p/l2

注：

① 表示方法：在hv前面写硬度值，hv后面按顺序写试验力(用kgf表示)和试验力保持时间(用s表示)，一般保持时间为l0～15s的，可不注明时间。例如640hv30/20，表示用30kg持时间为20s条件下测得的硬度值为640。

四、硬度之间的关系

对于压入硬度中的布氏、洛氏和维氏硬度来说，经过长期的积累工程师们已经把它和与静强度指标(抗拉强度)建立了经验换算关系。

　　1.努氏硬度与维氏硬度的换算

　　(1)以相同硬度的物体对努氏维氏两种压头具有相等的抗力为依据，分别对维氏努氏两种压头在加载荷下的应力进行推导，再根据σhk=σhv得出：hv=0.968hk。本公式是在低载荷下测得，误差比较大。此外在硬度值大于hv900时此公式误差很大，失去参考价值。

　　(2)经过推导与修正提出努氏硬度与维氏硬度的换算公式为

经实际数据验证，该公式的Zui大相对换算误差为0.75%，具有较高的参考价值。

　　2.洛氏硬度与维氏硬度的换算

　　(1)对hans·qvarnstorm提出的the qvarnstorm换算公式

进行修正后得出洛氏硬度与维氏硬度的换算公式为：

此公式用我国公布的黑色金属硬度标准数据进行换算，其hrc误差基本上在±0.4hrc 范围内，其Zui大误差也仅士0.9hrc，计算的hv误差Zui大为±15hv。

　　(2)根据不同压头所受应力σhrc=σhv，通过对洛氏硬度与维氏硬度压痕深度关系曲线的分析得出公式

本公式与国家标准实验换算值对照,换算式计算结果与标准实验值之误差为±0.1hrc。

　　(3)根据实际的实验数据利用线性回归的方法对洛氏硬度与维氏硬度的换算进行探讨，得出公式：

本公式使用范围小，误差较大，但计算简便，在对精度要求不高时可以使用。

　　3.洛氏硬度与布氏硬度的换算

　　(1)对布氏压痕和洛氏压痕深度关系进行分析，根据压头的应力σhrc=σhb得出换算公式

计算结果与国家标准实验值对照，换算式计算结果与标准实验值之误差为±0.1hrc。

　　(2)根据实际实验数据用线性回归法得到公式

公式误差偏大，使用范围偏小，但计算简便，在对精度要求不高的情况下可以使用。

　　4.布氏硬度与维氏硬度的换算

　　布氏硬度与维氏硬度的关系，同样根据σhb=σhv得出公式

此公式换算结果与国家标准换算值对照，换算误差为±2hv。

　　5.努氏硬度与洛氏硬度的换算

　　因为努氏硬度与洛氏硬度的对应曲线类似于抛物线，故由曲线得出近似的换算公式为

　此公式比较，可以作为使用参考。

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