金属硬度检测方法

•金属硬度检测方法

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• 硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。硬度的实质是材料抵抗另一较硬材料压入的能力。硬度检测是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。硬度检测的主要目的就是测定材料的适用性，或材料为使用目的所进行的特殊硬化或软化处理的效果。对于被检测材料而言，硬度是代表着在一定压头和试验力作用下所反映出的弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。由于通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异，因此硬度试验广泛应用于金属性能的检验、监督热处理工艺质量和新材料的研制。

金属硬度检测主要有两类试验方法。一类是静态试验方法，这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的。硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。静态试验方法包括布氏、洛氏、维氏、努氏、韦氏、巴氏等。其中布、洛、维三种试验方法是应用最广的，它们是金属硬度检测的主要试

验方法。这里的洛氏硬度试验又是应用最多的，它被广泛用于产品的检验，据统计，目前应用中的硬度计70%是洛氏硬度计。另一类试验方法是动态试验法，这类方法试验力的施加是动态的和冲击性的。这里包括

肖氏和里氏硬度试验法。动态试验法主要用于大型的，不可移动工件的硬度检测。

各种金属硬度计就是根据上述试验方法设计的。下面分别介绍基于各种试验方法的硬度计的原理、特

点与应用。

1.布氏硬度计（GB/T231.1—2002）

1.1 布氏硬度计原理

对直径为D 的硬质合金球压头施加规定的试验力，使压头压入试样表面，经规定的保持时间后，除去

试验力，测量试样表面的压痕直径d，布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算。

HB =F / S ……………… (1-1)

=F / πDh ……………… (1-2)

=0.102×2F / πDh（D－）……………… （1-3）

式中：F ——试验力，N；

S ——压痕表面积，mm；

D ——球压头直径，mm；

h ——压痕深度， mm；

d ——压痕直径，mm。

1、2 布氏硬度计的特点：

布氏硬度试验的优点是其硬度代表性好，由于通常采用的是10 mm 直径球压头，3000kg 试验力，其压

痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均值，而不受个别组成相及微小不均匀度的影

响，因此特别适用于测定灰铸铁、轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料。它的试验数据稳定，重现性好，精度高于洛氏，低于维氏。此外布氏硬度值与抗拉强度值之间存在较好的对应关系。

布氏硬度试验的缺点是压痕较大，成品检验有困难，试验过程比洛氏硬度试验复杂，测量操作和压痕测量都比较费时，并且由于压痕边缘的凸起、凹陷或圆滑过渡都会使压痕直径的测量产生较大误差，因此要求操作者具有熟练的试验技术和丰富经验，一般要求由专门的实验员操作。

1.3 布氏硬度计的应用布氏硬度计主要用于组织不均匀的锻钢和铸铁的硬度测试，锻钢和灰铸铁的布

氏硬度与拉伸试验有着

较好的对应关系。布氏硬度试验还可用于有色金属和软钢，采用小直径球压头可以测量小尺寸和较薄材料。布氏硬度计多用于原材料和半成品的检测，由于压痕较大，一般不用于成品检测。

1.4 布氏硬度试验条件的选择如同洛氏硬度试验关于标尺的选择一样，布氏硬度试验也要遇到试验条

件的选择问题，即试验力F 和

压头球直径D 的选择。这种选择不是任意的，而是要遵循一定的规则，并且要注意试验力和压头球直径的合理搭配，应用起来比洛氏硬度试验略显复杂。

布氏硬度试验最常用的试验条件是采用10mm 直径的球压头，3000kg 试验力。这一条件最能体现布氏硬度的特点。但是由于试样材质不同，硬度不同，试样大小，薄厚也不同，一种试验力，一种压头自然不能满足要求。在试验力和压头球直径的选择方面需要遵循的规则有2 个。

1.4.1 规则一，要使试验力和球压头直径的平方之比为一个常数。即

F/D2=F1/D12 = F2/D22 =K …………（１－４）

这个规则来源于相似律。根据相似律，不同直径的球压头 D1 、D2 在不同的试验力 F1 、F2 作用下压入试样表面，压痕直径 d1、d2 是不同的，但是只要压入角Ø1、Ø2相同，压痕就具有相似性。这时试验力和压头球直径的平方之比就是一个常数。在这种条件下，采用不同的试验力和不同直径的球压头，在同一试样上测得的硬度值是相同的，在不同的试样上测得的硬度值是可以相互比较的。

试验力与压头球直径平方之比在采用公斤力的旧标准中表示为F/D2，在采用牛顿力的新标准中表示为0.102 F/D2。

1.4.2 规则二，试验后要使压痕直径处于以下范围：

0.24D

试验力重新试验。人们的大量试验表明，当压头直径在

0.24D~0.6D 之间时，测得的硬度值与试验力大小无关。

布氏硬度试验可选择的试验力从3000kg 到1kg 大约有20 个级别。布氏硬度试验可选择的压头直径为Ø10mm、Ø5mm、Ø2.5mm、Ø1m m共 4 种。

布氏硬度试验可选择的0.102F/D2 值为30、15、10、5、2.5、1 共6 种。

标准GB/T231.1—2002 中规定的试验条件如表1－1 所示。表1－1 布氏硬度试验条件

HBW1/30 1 HBW1/10 1 HBW1/5 1 HBW1/2.5 1 HBW1/1 1 30

10

5

2.5

1

294.2

98.07

49.03

24.52

9.807

标准GB/T231.1—2002 中规定试验力和压头直径平方之比（0.102F/D2）应按材料的种类和硬度范围来选择，如表1－2 所示

表1－2.试验力—压头直径平方之比的选择

标准GB/T231.1—2002 中规定，对于钢只有一种选择，就是0.102F/D2=30，对于其他材料，根据其不同的硬度范围，有2~3 种0.102F/D2 值可供选择。

1.4.3 布氏硬度试验条件的选择过程：