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（公斤力），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（公斤/毫米²）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

图1布氏硬度实验原理图图2洛氏硬度实验原理图

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10毫米直径钢球，在3000公斤力的载荷下保持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10毫米或5毫米的钢球试验时为0.02毫米，当用直径为2.5毫米钢球时应达到0.01毫米。

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＝0.2毫米，黑色表盘刻度指示其值。用钢球压头时K＝0.26毫米，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。

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±0.01毫米。

2.表中洛氏硬度标度，初负荷均为10公斤。

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3毫米。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。

3.维氏硬度及显微硬度试验

维氏硬度试验是用一个相对面夹角为136º的金刚石正四棱锥体压头，在一定载荷P（公斤力）作用下压入试样表面如图3。经规定的加载时间后卸除载荷，测量压痕对角线长度d（毫米），借以计算压痕表面积F,求出压痕表面所受的平均压应力P/F（公斤力/毫米²）作为维氏硬度值，以符号HV表示（一般不注单位），计算公式为：

HV=P/F=1.8544P/d²

图3 维氏硬度实验原理

维氏硬度试验的载荷P可在0.5～120公斤力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﹑30公斤力。合理的载荷大小与试样厚度之间的关系列于表3。在一般情况下，建议选用30公斤力的载荷。载荷保持时间对黑色金属为10～15秒，对有色金属为30±2秒。

表3 维氏硬度试验中载荷的选择

测定维氏硬度的试样其表面应精心制备，光洁度不低于▽9。在制备过程中应防止因过热或加工硬化而改变金属的硬度值。试验时，压痕中心与试样边缘的距离或两压痕中心的距离，对黑色金属应不小于压痕平均对角线的2.5倍，对有色金属应不小于5倍。试验时每个试样至少测定三点硬度取其算术平均值。

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：当压痕对角线长≦0.2毫米时，允许测量误差为±0.001毫米，当压痕对角线长﹥0.2毫米时，允许测量误差为±0.5％。如果压痕形状不规则，必须重作试验。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。

HV值应附以相应的下标，注明试验载荷值，例如HV₃₀=375,即表示在30公斤力载荷下在规定的时间内所测得的维氏硬度值为375。

维氏硬度广泛用来测定金属薄镀层或化学热处理后表面层的硬度，以及较小工件的硬度试验。

几种常用硬度值的换算表以及硬度值与抗拉强度的关系可查阅有关对照表。

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200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公斤力，将压痕对角线长由微米换算成毫米代入计算维氏硬度的公式，则得HM=1854.4P/d²。

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。

测显微硬度的试样应按金相磨片一样精心制备。在磨制和抛光时应注意，不能产生较厚的金属扰乱层和硬化层，以免影响试验结果。

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，如国产71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，轻轻地向右推移工作台，使试样从显微镜视场中移到金刚石压头下面加载（载荷可在10，25，50，100及200克力中选用），经过10～15秒保荷时间后卸除载荷。再将工作台左推移至原来位置，在显微镜中测定压痕对角线长度。测定时，先调节工作台上纵向和横向微分筒和目镜的测微器，使压痕的棱边和目镜中交叉十字线精确地重合，如图2—4a。然后转动目镜测微器使十字线对准压痕的另一个棱边，如图2—4b。从测微器上读出读数。为了减少误差，可重复测量几次后，取其平均值。

我校现使用的显微硬度计的型号为HVS-1000型，该显微硬度计测量的数值可直读并打印数据。