1.布氏硬度试验

布氏硬度是在直径为D（mm）的淬火钢球上施加规定的载荷P（kg），压入试样表面如图1，保持一定时间后，卸除载荷。用压痕表面积F除所承受的平均压力P，所得之商（kg/mm²）表示布氏硬度值，符号为HB,计算公式是：

表1布氏硬度测试规范

试验时应根据材料的预期硬度值，并考虑试样的厚度，按国家标准GB231-63中的试验规范（见表1）来选择钢球直径D,载荷P和加载时t,测得压痕直径d后按上式计算或查表。用10mm直径钢球，在3000kg的载荷下保持10秒测定硬度时，其布氏硬度值以符号HB表示。

压痕直径d必须在0.25D～0.6D范围内，否则试验无效，应另选规范再行试验。

试验时为防止压痕周围因塑性变形产生形变硬化而影响实验结果，一般规定压痕中心距试样边缘距离应不小于压痕直径的2.5倍，相邻两压痕中心的距离应不小于压痕直径的4倍。对硬度低的材料此距离还应增大。为使压痕清晰以保证测量精确，试样表面应尽可能光洁。

试样表面的压痕直径用读数显微镜测量，应从相互垂直的方向各测一次，取其算数平均值。其测量精确度：当用直径为10mm或5mm的钢球试验时为0.02mm，当用直径为2.5mm钢球时应达到0.01mm。

布氏硬度广泛用于各种退火状态下的钢材，铸铁，有色金属的试验，也用于调质处理及硬度小于HB450的机器零件的硬度试验。

2.洛氏硬度试验

洛氏硬度是在先后两次施加载荷（初载荷P_o及主载荷P₁）的条件下，将标准压头（金刚石圆锥体或小钢球）压入试样表面来进行的。图2为测定洛氏硬度的原理图。0—0为金刚石压头没有和试样接触时的位置；1—1为加上载荷P₀后压头压入试样深度为h₁的位置；2—2为加上总载荷P(P=P_o+P₁)之后，压头压入试样深度为h₂的位置；3—3为卸主载荷P₁后（但仍保留初载荷P₀）由于试样弹性变形的恢复，压头深度为h₃的位置。由图可见，压头受主载荷P₁作用实际压入深度h=h₃-h₁,此值被用来衡量金属的软硬程度，以HR表示，其计算公式为：

HR=(K-h)/0.002

用金刚石压头时K＝0.2mm，黑色表盘刻度指示其值。用钢球压头时K＝0.26mm，红色表盘刻度指示其值。采用不同的压头和总载荷组合作试验时，得到几种不同的洛氏硬度标度。其中最常用的是HRA﹑HRB和HRC三种，其试验规范及应用范围见表2。

为保证试验精度，试样的试验面和支承面必须平整，洁净，没有油脂，氧化皮，裂纹，凹坑，明显的加工痕迹及其它污物。试样表面加工时应避免受热软化或变形硬化。试样应能稳定的放在工作台上，在试验中不应有滑动和变形，并保证所有的载荷与试验面垂直。压痕中心距试样边缘的距离及相邻压痕中心距离不应小于3mm。测定每一试样的硬度一般不少于三点，取其平均值。在圆柱形或球形表面进行洛氏硬度试验时硬度值偏低，须按有关曲线校正。用金刚石压头时也可用于陶瓷硬度的测试。

表2常用洛氏硬度标度的试验范围及应用范围

注：1.顶角为120º±3′，顶角圆弧半径为0.20±0.01mm。

2.表中洛氏硬度标度，初负荷均为10kg。

2.维氏硬度及显微硬度试验

假设无变形维氏压头在试样表面加载形成压痕，载荷除以根据压痕对角线长度平均值计算出的压痕表面积所得的值就是维氏硬度。维氏压头为金刚石制成的正四棱锥体，两相对面间的夹角为136º。

维氏硬度试验是用一个维氏压头，在一定载荷F（N）作用下压入试样表面如图2。经规定的加载时间后卸除载荷，测量压痕对角线长度d（mm），借以计算压痕表面积A（mm²），维氏硬度（HV）为实验力F除以压痕表面积A所得的商，即

采用GPa单位：

采用无量纲单位：

维氏硬度可以用两种单位表示：GPa和(维氏硬度数值)无量纲单位，其中以无量纲单位表示的维氏硬度数值为载荷(以kgf为单位)与压痕表面积(以mm²为单位)之比，陶瓷材料建议优先采用GPa单位。

维氏硬度标记为：硬度值HV试验力。

示例：

a)采用国际单位(GPa)：

15.0 GPa HV 9.807 N代表采用9.807 N(1 kgf)试验力获得的维氏硬度为15.0 GPa。

b )采用维氏硬度数值(无量纲单位)：

1500 HV 1代表采用9.807 N(1 kgf)试验力获得的维氏硬度数值为1500

维氏硬度试验的载荷F可在0.3～120kg范围内根据试样硬度高低及厚薄进行选择。但常用的载荷为0.5﹑1﹑5﹑10﹑30kg。对于金属材料，在一般情况下，建议选用30kg的载荷。载荷保持时间对黑色金属为10～15秒，对有色金属为30±2秒。对于陶瓷材料一般选择载荷为1 kg，载荷保持时间为15秒。

试验应在光滑、平整并且无污染的表面进行。试样表面应抛光以确保精确测量压痕对角线长度。试样制备过程应尽量避免引起试样表面硬度的变化。试样厚度应不小于0.5 mm，应至少为压痕对角线长度d的1.5倍，应至少为裂纹长度c的2倍。整个试验中，在试样背面应无肉眼可见的压痕损伤。

任一压痕中心和试样边缘的距离应至少为压痕对角线长度平均值的2.5倍，至少为平均裂纹长度的5倍(见图3)。两相邻压痕中心之间的距离应至少为压痕对角线长度平均值的4倍，至少为平均裂纹长度的5倍(见图3)。如果相邻两压痕大小和裂纹长度不同，应以大压痕的平均对角线长度和长裂纹长度确定相应尺寸。

试样应放置于一刚性支座上，支座表面应干净无异物。应确保试样在支座上放置稳固，以保证整个试验过程中不会移动。仔细调整照明和对焦以获得清晰的压痕影像，压痕两个尖端应能同时聚焦，当测量压痕尖端间距时不要改变对焦条件。使压头与试样表面接触，垂直于试验面施加试验力，加载(后面全改)过程中不应有冲击和振动，直至将试验力施加至规定值。

压痕的对角线长度以两对角线长度的平均值计算。其测量精度为压痕对角线的长度小于50 μm时，测量应精确到0.2 μm，大于等于50 μm时，测量应精确到0.5 μm。计算维氏硬度时应用两个读数的算术平均值。如果两对角线长度差大于平均值的5％，则试验无效，这时应检查试样的平行度和平整度，检查压头同轴性。测出压痕平均对角线长度后，将其代入公式或查表求出HV值。应至少用5个有效压痕来计算硬度平均值。

图4维氏压痕压痕间和压痕与试样边缘的最小允许间距

显微硬度试验原理与维氏硬度完全相同，不过所加载荷更低一些，一般小于500克力。所得压痕对角线长度也只有几微米至几十微米。因此，若将中的单位由克力换算成kg，将压痕对角线长由微米换算成mm代入计算维氏硬度的公式。

显微硬度试验可用于：（1）测定表面光洁度▽9以上的细小或片状零件的硬度，零件表面薄层硬度及脆性材料硬度；（2）测定金相组织中某个相或组织硬度。

显微硬度计是一种由精密机械，光学系统和电器部分组合而成的仪器，如FM-ARS9000型显微硬度计，它由工作台及其升降，纵横移动系统，加荷装置及控制保持载荷时间系统以及显微镜光学系统等部分组成。使用时，将试样平稳的固定在工作台上，将其升至一定高度，在光学系统中进行调焦，使图象清晰。再将工作台纵向与横向移动，在视场里找到需测硬度的部位。然后，点击软件上load按钮，使金刚石压头移到试样上方进行加载（载荷可在10、25、50、100、200、300、500及100克力中选用），经过10～15秒保荷时间后卸除载荷，显微镜头自动转回试样上方。软件系统将显微镜中的图像传到电脑显示屏上，通过软件上的测量线测定压痕对角线长度，然后经过软件的自动计算，该点的硬度值就会显示出来。

我校现使用的显微硬度计的型号为FM-ARS9000型，该显微硬度计测量的数值可直读并打印数据。