一、定义

硬度，物理学专业术语，材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。固体对外界物体入侵的局部抵抗能力，是比较各种材料软硬的指标。由于规定了不同的测试方法，所以有不同的硬度标准。各种硬度标准的力学含义不同，相互不能直接换算，但可通过试验加以对比。

二、基本概念

硬度分为：

①划痕硬度。主要用于比较不同矿物的软硬程度，方法是选一根一端硬一端软的棒，将被测材料沿棒划过，根据出现划痕的位置确定被测材料的软硬。定性地说，硬物体划出的划痕长，软物体划出的划痕短。

②压入硬度。主要用于金属材料，方法是用一定的载荷将规定的压头压入被测材料，以材料表面局部塑性变形的大小比较被测材料的软硬。由于压头、载荷以及载荷持续时间的不同，压入硬度有多种，主要是布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等几种。

③回跳硬度。主要用于金属材料，方法是使一特制的小锤从一定高度自由下落冲击被测材料的试样，并以试样在冲击过程中储存（继而释放）应变能的多少（通过小锤的回跳高度测定）确定材料的硬度。

三、分类

3.1划痕硬度

以适当的力使被测材料在一根由一端硬渐变到另一端软的金属棒上划过，根据棒上出现划痕的位置确定被测材料的硬度。

十种矿物的划痕硬度作为标准，定出十个硬度等级，称为莫氏硬度。

金刚石（10），刚玉（9），黄玉（8），石英（7），长石（6），磷灰石（5），萤石（4），方解石（3），石膏（2），滑石（1）。其中金刚石最硬，滑石最软。

莫氏硬度标准是随意定出的，不能精确地用于确定材料的硬度，例如10级和9级之间的实际硬度差就远大于2级和1级之间的实际硬度差。但这种分级对于矿物学工作者野外作业是很有用的。

3.2压入硬度

用一定的载荷将规定的压头压入被测材料，根据材料表面局部塑性变形的程度比较被测材料的软硬，材料越硬，塑性变形越小。

3.2.1洛氏硬度

采用的压头是锥角为120°的金刚石圆锥或直径为1/16英寸（1英寸等于25.4毫米）的钢球

用压痕深度作为标定硬度值的依据

洛氏硬度记为HR，所测数值写在HR后

式中h表示塑性变形压痕深度（毫米）；k是规定的常量；分母中的0.002（毫米）是每洛氏硬度单位对应的压痕深度。对应于金刚石圆锥压头的k=0.20（毫米），对应于钢球压头的k=0.26（毫米）。

为了适应极宽阔的测量范围，可采用改变载荷和更换压头两种办法。不同的载荷和压头组成不同的洛氏硬度标尺，常用的标尺有A、B、C三种。

1、标尺B（HRB）

• 标尺范围HRB0到HRB100，硬度高于HRB100时钢球可能被压扁。
• 压头为直径1/16英寸的钢球；
• 载荷为100千克力
•  用于中等硬度的金属材料，如退火的低碳钢和中碳钢、黄铜、青铜和硬铝合金

2、标尺C（HRC）

• 使用范围是从HRC20到HRC70
• 压头为顶角120°的金刚石圆锥
• 载荷为150千克力
• 用于硬度高于HRB100的材料，如淬火钢、各种淬火和回火合金钢

标尺B和C是洛氏硬度的标准标尺

3、标尺A（HRA）

• 唯一能在退火黄铜直到硬质合金这样广阔的硬度范围内使用的标尺
•  大载荷容易损坏金刚石压头，所以载荷改为60千克力
• 用于钨、硬质合金及其他硬材料，还用于淬硬的薄钢带

HRB标尺的使用范围是20~100HRB，当硬度值低于20HRB时，由于钢球的压入深度过大，金属蠕变加剧，试样在试验力作用下的变形时间延长，测试值准确度降低

此时应改用HRF标尺。当硬度值大于100HRB时，因为钢球压入深度过浅，灵敏度降低，精度下降

此时应改用HRC标尺。在使用HRB标尺测试钢试样时，一个特别值得注意的地方是：当预先不知道试样是软钢还是硬钢时，决不可使用HRB标尺做测试，因为用钢球压头误测了淬火钢，钢球就可能会变形，钢球压头就会损坏，这是钢球压头损坏的主要原因。遇到这种情况时应先用金刚石压头，用HRA标尺测试一下，再决定是用HRB还是用HRC。

3.2.2布氏硬度

布氏硬度的测量方法是用规定大小的载荷P，把直径为D的钢球压入被测材料表面，持续规定的时间后卸载，用载荷值（千克力，1千克力等于9.80665牛顿）和压痕面积（平方毫米）之比定义硬度值。布氏硬度HB

式中d为压痕的直径。布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2(N/mm2)

布氏硬度测定法只能在硬度不高于HB450的情况下使用。
因为太硬的材料会使钢球明显变形。布氏硬度测定法比较费时。
为了在测定时得到清晰的压痕，试样必须经过表面准备和打磨等处理。
在制作完毕的机械零件上作布氏硬度测定，会由于压痕过大影响零件的正常装配和使用性能。
因此布氏硬度测定法不适于检测大批量生产的零件。

• 布氏硬度(HB)一般用于材料较软的时候，如有色金属、热处理之前或退火后的钢铁。
• 洛氏硬度(HRC)一般用于硬度较高的材料，如热处理后的硬度等等。

标注方法举例

150HBW10/1000/30表示压头直径为10mm的硬质合金球，在1000kgf试验力的作用下，保持30s时测得的布氏硬度值为150

3.2.3维氏硬度

和布氏、洛氏硬度试验相比，维氏硬度试验测量范围较宽，从较软材料到超硬材料，几乎涵盖各种材料。

维氏硬度的测定原理基本上和布氏硬度相同，也是根据压痕单位面积上的载荷来计算硬度值。
所不同的是维氏硬度试验的压头是金刚石的正四棱锥体。
试验时，在一定载荷的作用下，试样表面上压出一个四方锥形的压痕，测量压痕对角线长度，除以计算压痕的表面积，载荷除以表面积的数值就是试样的硬度值，用符号HV表示。

式中P为载荷；S为压痕对角线长度（毫米）；θ为四棱锥压头两相对面间夹角，θ=136°。

用于测定上述硬度的仪器以英国维克斯-阿姆斯特朗公司制造的应用较广，故得名为维氏硬度。

新型非晶材料（AM-III）的维氏硬度HV高达113 GPa，可划伤单晶金刚石。

四、测量种类

1. HRA:(洛氏A)用于量测热处理硬质钢材、氮化物、渗碳冶炼物、轴承钢、工具钢及其它软硬材质的硬度测试。

2. HK:(Knoop 努氏)用于量测较软材质的钢及非铁材料之硬度。

3. HRC:(Rockwell C洛氏)用于量测热处理钢材、氮化物、渗碳冶炼物、轴承钢、工具钢等。

4. HRB:(Rockwell B洛氏)用于量测较软材质的钢及非铁材料之硬度。

5. HR30T:(Rockwell 30T洛氏) 用于量测较软材质的钢及非铁材料之硬度。

6. HB5:(Brinell 布氏5)用于量测铝、软质铝合金、铸铁、铜、黄铜等。

7. HB30:(Brinell 布氏30)用于热处理钢、退火深冷处理钢材、冲拉材料钢、深冲钢带料等。

8. HV:(Vickers维氏)适用于量测各类材料。

9. R:(Tensile module拉伸模数 N/mm2)用于热处理钢、退火深冷处理钢材、冲拉材料钢、深冲钢带料等。

10. HR15N:(Rockwell 洛氏HR15N)用于量测热处理硬质钢材、氮化物、渗碳冶炼物、轴承钢、工具钢等。

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