硬度的定義

硬度是材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓入或刻劃的能力。它是衡量材料軟硬程度的力學性能指標。硬度試驗分類刻劃法壓入法動力試驗法靜力試驗法肖氏、里氏、錘擊布氏布氏、洛氏、維氏、努普硬度試驗的特點及應用

不破壞工件，可認為是一種無損檢驗的方法，方法簡便，很適合于成批零件檢驗。它還可以檢查金屬表面層情況，如脫碳與增碳、表面淬火以及化學熱處理后的表面硬度，并能靈敏地反映金屬材料在化學成分、金相組織、熱處理工藝及冷加工變形等方面的差異。硬度不是一獨立的力學量，也不是單純的物理量，是人為規定的在某一特定條件下的性能指標。第五章金屬硬度試驗

§5.1布氏硬度試驗莫氏硬度§5.1布氏硬度試驗

布氏硬度試驗標準:GB/T231.1-2009：內容與ISO6506-1,2005基本一致。只用一種硬質合金球，測量上限為650HBW,增加了硬度值測量不確定度等。一、試驗原理1、原理用一定直徑D（mm）的硬質合金球（淬火鋼球已不用），施加規定的試驗力F（kgf或N）壓入試樣表面，經規定保持時間t（s）后，卸除試驗力，試樣表面將殘留壓痕。測量出試樣表面的壓痕直徑d（mm）。布氏硬度值（HBW）為試驗力F除以壓痕球形表面積S所得的商。壓痕球面積S=πDh壓痕深則布氏硬度或第五章金屬硬度試驗

§5.1布氏硬度試驗πDh2、布氏硬度的表示方法

當壓頭為硬質合金球時用HBW表示（舊標準淬火鋼球壓頭用HBS示），符號之前書寫硬度值，符號之后依次表示球體直徑，試驗力(kg.f表示)，保載時間。

例1120HBW10/1000/30

例2500HBW5/750

布氏硬度試驗時，只有在試驗力F和球體直徑D恒定條件下，所測硬度值才具有可比性。但對不同硬、軟材料，不同厚薄工件，不能只固定一種試驗力和一種壓頭。解決辦法是通過壓痕相似原理找到合適的可比性條件。第五章金屬硬度試驗

§5.1布氏硬度試驗二、布氏硬度相似原理

圖5—3所示為兩個不同直徑球體D1和D2，分別在不同的試驗力F1和F2作用下壓入金屬表面的情況。由圖可見，只有在壓入角（即通過壓痕直徑兩端所引球體半徑的夾角）保持不變的條件下，才能使所測定的硬度值相同。從圖5—2可以看出，D，d和φ之間有如下關系：

由上式可見，要保證對同一材料測得布氏硬度值相同，必須使壓入角為常數，此外還應使F/D2值為常數，即即實際試驗時，為獲得準確的結果，除F與D應滿足這一原則外，還應通過F與D的選擇使壓痕直徑d限定在0.24～0.6D之間，也就是使壓入角φ限定在28～74°的有效范圍內。圖5-3壓痕相似原理第五章金屬硬度試驗

§5.1布氏硬度試驗二、布氏硬度相似原理

當壓痕直徑在（0.24～0.60）D范圍內時，試驗力的變化對布氏硬度值不會產生太大的影響，在d=0.375D條件下最理想，中間部分曲線平坦，壓力角為136°。第五章金屬硬度試驗

§5.1布氏硬度試驗1、對試樣試驗面的要求試驗面應平坦光滑，不應有油脂、氧化皮及外來污物。試樣加工應使過熱或冷加工影響減至最小，表面粗糙度Ra≯1.6μm。2、對試樣支承面的要求試樣支承面應平整，使試樣能穩固地放在試驗臺上，保證在試驗過程中不發生位移與撓曲。3、對試樣厚度的要求要求試樣的最小厚度（H）應大于壓痕深度（h）的8倍（即H≥8h），并應保證試驗后試樣背面不產生明顯可見的變形痕跡。

4、對試樣加工的要求試樣坯料的切取，試樣的試驗面和支承面的加工，無論采用何種加工方法都不得使試樣因受熱或冷變形硬化而影響試驗面原來的硬度。三、試樣第五章金屬硬度試驗

§5.1布氏硬度試驗第五章硬度試驗

§5.1布氏硬度試驗

試樣厚度的確定在試驗前可預先選定直徑為D的壓頭，在一定的試驗力F下打一壓痕，測出壓痕的平均直徑d，代入上式中，計算出壓痕深度h。然后乘以8，即為試樣應有的最小厚度。平均直徑d是在0.24～0.6D有效范圍內的值。例如，當使用D=5mm的壓頭試驗時，其壓痕平均直徑有效范圍為0.24×5=1.2mm至0.6×5=3.0mm之間

壓痕深度由式計算:§5.1布氏硬度試驗第五章金屬硬度試驗四、試驗設備及儀器（1）布氏硬度試驗力允許誤差不大于±1%，變動度不大于1%。硬質合金球硬度不低于1500HV10。（2）壓痕測量裝置的最小分度應能估測至0.5%d。允許誤差不大于±0.5%d。（3）硬度計示值重復性和示值誤差應符合下表的規定。（4）在每次更換壓頭、試臺或支座后及大批試樣試驗前，均應按GB/T231.2《硬度計的檢驗與校準》對硬度計進行日常檢查。（5）檢查硬度計的標準硬度塊應符合GB/T231.3《標準硬度塊的標定》的要求。（6）硬度計應由國家計量部門定期檢定。檢驗周期不應超過12個月。

標準塊硬度/HBW示值重復性的最大允許值/㎜示值誤差的最大允許值/%（相對H）≤1250.003d（d為硬度塊5點壓痕直徑的平均值）±3（H—標準硬度塊標定的硬度值）125<HBW≤2250.025d±2.5>2250.020d±2§5.1布氏硬度試驗五、試驗操作要點1、試驗應在10～35℃溫度下進行。對溫度有較高要求的試驗，應控制在23±5℃之內。2、標準使用表5-2中各級試驗力。3、試驗力的選擇應保證壓痕直徑在0.24D~0.6D之間。試驗力---壓頭球直徑平方的比率（0.102F/D2比值）應根據材料和硬度值選擇,見表1（標準5-3）當試樣尺寸允許時,應優先選用直徑10mm的球壓頭進行試驗.4、試樣應穩固地放置于剛性支承物上。試樣背面和支承物之間應清潔和無外界污物（氧化皮、油污、灰塵等）。5。使壓頭與試樣表面接觸，無沖擊和震動地垂直于試樣表面施加試驗力，直至達到規定試驗力值。從加力開始至施加完全部試驗力的時間應在2s~8s之間。試驗力保持時間為10s~15s。對于要求試驗力保持時間較長的材料，試驗力保持時間允許誤差為±2s。第五章金屬硬度試驗第五章金屬硬度試驗

§5.1布氏硬度試驗五、

試驗操作要點（續）6、在整個試驗期間，硬度計不應受到影響試驗結果的沖擊和震動。7、任一壓痕中心距試樣邊緣的距離至少為壓痕平均直徑的2.5倍。兩相鄰壓痕中心間距離至少為壓痕平均直徑的3倍。8、應在兩相互垂直方向測量壓痕直徑。用兩個讀數的平均值計算布氏硬度，或按GB/T231.4查布氏硬度值。注：對于自動測量裝置，可采用如下方式計算布氏硬度：

-----等間隔多次測量的平均值；

-----材料表面壓痕投影面積數值。表5-1（標準表表5-3）硬度符號球直徑D/mm試驗力壓頭球直徑平方的比率0.102×F/D2/(N/mm2)試驗力F/NHBW10/3000HBW10/1500HBW10/1000HBW10/500HBW10/250HBW10/100HBW5/750HBW5/250HBW5/125HBW5/62.5HBW5/25HBW2.5/187.5HBW2.5/62.5HBW2.5/31.25HBW2.5/15.625HBW2.5/6.25HBW1/30HBW1/10HBW1/5HBW1/2.5HBW1/1101010101010555552.52.52.52.52.51111130151052.51301052.51301052.51301052.512942014710980749032452980.7735524521226612.9245.21839612.9306.5153.261.29294.298.0749.0324.529.807電子布氏硬度計第五章硬度試驗§5.1布氏硬度試驗六、試驗結果的處理計算的布氏硬度值或計算的三點布氏硬度平均值大于或等于100時修約至整數；等于或大于10至小于100時，修約至一位小數；小于10時，修約至兩位小數。七、報告：包括標準號、試樣、溫度、結果、影響結果的細節，如需要，進行不確定度評估。八、影響試驗結果的主要因素1、主軸傾斜或被測面傾斜的影響使所測硬度值偏低；2、試樣制備的冷加工硬化提高硬度；3、壓痕中心距和壓痕距邊緣距離的影響：壓痕中心距太近，受鄰近壓痕形變硬化的影響，使硬度偏高；壓痕距邊緣太近，變形過大，硬度值偏低；4、表面有油污會使結果稍低。§5.1布氏硬度試驗關于布氏硬度試驗的幾個問題1、硬質合金球：硬度高，使用壽命長，表面質量穩定，不易受損。2、壓痕直徑測量引起的誤差：壓痕測量誤差為±0.5%時，HBW誤差為±1%。3、試樣最小厚度H≥8h的規定：大量試驗證明，H＜8h背面壓透，HBW偏小。4、試驗力保持時間的影響：中、高硬度，10S～15S變形穩定；有色金屬30S···5、優缺點：壓痕大，反映平均性能，數據穩定，重復性好。缺點是不同材料需改變試驗力，測量直徑較麻煩。

§5.2洛氏及表面洛氏硬度試驗方法

GB/T230.1?2009《金屬材料洛氏硬度試驗方法》,與ISO6508-1：2005基本一致；增加對活性金屬的硬度試樣的規定；增加硬度測量不確定度評定的資料

一、試驗原理

（一）洛氏硬度試驗原理（見圖5-4）用錐角為1200的金剛石圓錐壓頭或一定直徑（1.5875mm、3.175mm）的球壓頭（硬質合金球壓頭為標準型洛氏硬度壓頭），先在初試驗力Fo的作用下,將壓頭壓入試件表面一定深度ho以此作為測量壓痕深度的基準，然后再加上主試驗力F1，在總試驗力F(初試驗力Fo+主試驗力F1)作用下,壓痕深度的增量為h1，經規定時間后，卸除主試驗力F1，壓頭回升一定高度。于是在試樣上得到由主試驗力所產生的壓痕深度的殘余增量h§5.2

洛氏及表面洛氏硬度試驗方法

（一）洛氏硬度試驗原理洛氏硬度用下式表示:

HR=N-h/sh---為殘余壓痕深度N--給定標尺的硬度數s---給定標尺的單位5-55-6第五章硬度試驗§5-2洛氏硬度試驗

洛氏硬度試驗表示方法標尺：標尺就是不同壓頭和不同總試驗力的組合。目的是為了可以用一種試驗機就可以測定從軟到硬的金屬材料的硬度。每一種標尺用一個大寫字母表示，并加在洛氏硬度符號HR的后面，HR前面為硬度數值。我國洛氏硬度試驗標準中給出了9種標尺，常用的有HRA、HRB、HRC三種，HRC標尺用途最廣。當用硬質合金球作壓頭時，應在硬度標尺后加W

記號，如60HRBW，如使用鋼球壓頭，硬度符號后面加“S”，如45HRBS。洛氏硬度試驗標尺見表5-3第五章硬度試驗

§5.2

洛氏及表面洛氏硬度試驗方法§5.2洛氏及表面洛氏硬度試驗方法

（二）

表面洛氏硬度原理表面洛氏硬度試驗方法又稱輕負荷硬度試驗法，原理同洛氏硬度試驗

洛氏硬度試驗與表面洛氏硬度試驗方法的區別見下表第五章硬度試驗名稱硬度計算式標尺初試驗力/kgf主試驗力/kgf總試驗力/kgf硬度單位/S適用范圍洛氏硬度金剛石壓頭HR=100-h/s球壓頭HR=130-h/sA、B、CD、E、FG、H、K105090140601001500.002見表5-3表面洛氏硬度金剛石壓頭（N)球壓頭(T)HR=100-h/sHR15N、30NHR45NHR15、30THR45T31227421530450.001見表5-4較薄工件表面熱處理、化學處理表面第五章硬度試驗

§5.2洛氏及表面洛氏硬度試驗方法一、試驗原理

（二）

表面洛氏硬度原理表面洛氏硬度試驗常用標尺規范（GB/T230.1-2009表1）第五章硬度試驗

§5.2洛氏硬度試驗二、試樣1、試樣加工

應盡量避免冷、熱加工對試樣表面硬度的影響。2、試樣表面要求試樣表面應光滑平坦，無氧化皮及外來污物,尤其不應有油脂,

表面粗糙度Ra

應不大于1.6μm（04標準為0.8μm），在做可能會與壓頭粘結的活性金屬試驗時可使用合適的油性介質，報告要注明。3、試樣的厚度

對于用金剛石圓錐壓頭進行的試驗,試樣或試驗層最小厚度不小于殘余壓痕深度的10倍；對于用球壓頭進行的試驗,試樣或試驗層的厚度應不小于殘余壓痕深度的15倍。試驗后，試樣背面不得有明顯的變形痕跡。試樣的最小厚度參見GB/T230.1-2009的附錄B圖B1、B2、B3。例：有一材料用金剛石圓錐壓頭試驗，大致硬度為40HRC，試確定試樣最小厚度。由洛氏硬度計算公式可得壓痕深度殘余增量

e=100-HRC=60由于e的測量單位為0.002mm，當換算成mm單位時，則：

h=60×0.002=0.12mm這樣，試樣最小厚度為h的10倍即1.2mm。§5.2

洛氏及表面洛氏硬度試驗方法三、試驗設備及儀器洛氏硬度計主要有HR—150、HR—150A、HR—150B等多種。結構大體相同。1、機架

結構多為懸臂式。2、試驗力選擇旋鈕機構

選擇和變換試驗力。3、試驗力加卸載裝置

加載或卸載。3、試驗力傳遞裝置

多數硬度計把砝碼重量通過杠桿放大后形成主試驗力，再通過壓頭將力加到試樣上。4、控制加荷速度裝置

又稱緩沖器，常見的是各種油緩沖器。5、壓痕深度測量裝置

原理分為杠桿—百分表放大、杠桿—光學放大等，近年發展起來的數字式硬度計多采用光柵、電感等深度測量裝置。第五章硬度試驗洛氏硬度計支架表盤或光珊預加載手柄載荷選擇旋鈕主載荷加載手柄壓頭載物臺數顯式洛氏（表面洛氏）硬度計§5.2洛氏及表面洛氏硬度試驗方法四、試驗操作要點1、試驗應在10~350C的室溫下進行。對要求嚴格的試驗,室溫控制在23±50C。2、選擇合適的硬度標尺，在洛氏及表面洛氏硬度試驗中，各標尺允許測試的范圍不同，為了保證試驗結果的正確性，就必須正確地選擇標尺。標尺的具體選用可參見表5-3、表5-4。各標尺的用途如下

標尺名稱適用測定硬度類型適用測定硬度材料對象HRA

硬質材料硬質合金、很薄很硬的鋼材以及表面硬化薄層鋼材

HRB中、低硬度材料低碳鋼、軟合金、銅合金、鋁合金、可鍛鑄鐵HRC硬度較高的材料一般鋼材、硬度較高的鍛件、淬火+回的合金鋼HRD

較薄、中等表面硬化鋼以及珠光體可鍛鑄鐵等HRE鑄鐵、，鋁、鎂合金及軸承合金等HRF硬度較低的有色金屬退火后的銅合金、軟質的薄合金板HRG硬度很低的有色金屬

可鍛鑄鐵、銅-鎳-鋅及銅-鎳合金HRH輕金屬鋁、鋅、鉛等（適用大直徑壓頭、小試驗力試驗)HRK

軸承合金及較軟金屬或薄材A、B、C標尺硬度計允許的示值重復性和示值誤差洛氏硬度標尺標準塊的硬度范圍示值允許誤差允許的示值重復性A20HRA～≤75HRA＞75HRA～≤88HRA±2HRA±1.5HRA≤0.2（100—H)或0.8洛氏單位B20HRB～≤45HRB＞45HRB～≤80HRB＞80HRB～≤100HRB±4HRB±3HRB±2HRB≤0.2（100—H)或1.2洛氏單位C20HRC～≤70HRC±1.5HRC≤0.2（100—H)或0.8洛氏單位H—為平均硬度值其他標尺的允許誤差見GB/T230.2第五章硬度試驗§5.2洛氏及表面洛氏硬度試驗方法四、試驗操作要點

3、試驗前，尤其是改變測量標尺后，應該使用與試驗材料的預期硬度值相近的標準洛氏（表面洛氏）硬度塊對硬度計進行校驗，其示值誤差和重復性應符合GB/T230.2、GB/T230.3規定的要求。日常檢查可僅對硬度塊進行一個硬度值檢查。對洛氏硬度計的檢查方法如下：

1）在標準洛氏硬度塊上壓出五個均勻分布的有效壓痕并測量硬度值。硬度值的示值誤差δ按下式計算：

－五次硬度測量的算術平均值；

ＨＲ－標準洛氏硬度塊的標準值。2）重復性：在標準硬度塊上測五個均布壓痕得硬度值H1、H2、H3、H4、H5則硬度計的示值重復性由下式確定H5-H1HR§5.2洛氏及表面洛氏硬度試驗方法四、試驗操作要點4、要求試樣的試面、支承面、試臺表面和壓頭表面清潔。試樣應穩固地放置在試臺上，保證在試驗過程中不產生位移和變形。在任何情況下，不允許壓頭與試臺工作面相觸碰。5、在施加初試驗力后，指示盤或光學投影屏的指示線，不應超過硬度計的最大指示范圍。否則應卸除試驗力，在試樣另一位置重新試驗。6、試驗力保持時間：（1）無沖擊和振動地將測量裝置調整至基準位置，從初試驗力F0施加到總試驗力F的時間應不小于1s且不大于8s。（2）總試驗力F保持時間為4s±2s。然后卸除主試驗力F1，保持初試驗力F0，經短時間穩定后，進行讀數。對于低硬度材料，壓頭壓入呈現過度塑性流變的試樣，施加全部試驗力的時間可以超過6s。實際時間應在報告中注明。第五章硬度試驗

§5.2洛氏及表面洛氏硬度試驗方法四、試驗操作要點（續）

7、在大量試驗前或距前一試驗超過24h，以及壓頭或支承臺移動或重新安裝后，均應檢查壓頭和支座安裝的正確性，調整后的兩個試驗結果不作為正式數據。

8、兩相鄰壓痕中心之間的距離至少應為壓痕直徑的4倍，并且不應小于2mm；任一壓痕中心距試樣邊緣的距離至少應為壓痕直徑的2.5倍.并且不應小于1mm。表面洛式硬度,兩相鄰壓痕中心間距離或任一壓痕中心距試樣邊緣距離應不小于5mm.

9、若無其他規定,每個試樣上的試驗點數應不少于四點（第一點不記）。對大批量試驗，點數可適當減少。

10、保證試驗過程中試樣不產生位移和變形，保證試驗力與試驗面垂直，必須根據試樣的形狀選擇或加工合適的載物臺。§5.2洛氏及表面洛氏硬度試驗方法載臺種類：第五章硬度試驗

圖5-8常用的幾種載樣臺a.小平面載樣臺;b.中心凸起的小平面載樣臺;c.帶V形槽載樣臺;d.球面載樣臺第五章硬度試驗

§5.2洛氏及表面洛氏硬度試驗方法

五、試驗結果處理1、試驗報告和布氏硬度試驗要求同。洛氏（含表面洛氏）硬度值應精確至0.5個洛氏單位。

2、洛氏及表面洛氏硬度試驗可以在有曲面的工件上進行（如軸、軸承等），在曲率半徑不大（例如＜20mm)

時，對測得的硬度值應加上（標準的附錄C的C.1、C.2、C.3、C.4給出凸圓柱面的）修正值。從力學角度分析，壓頭壓入具有曲率的試樣時，被壓處四周的抵抗力比平面試樣要低得多，致使壓痕深度增加，硬度值降低，曲率半徑愈小，硬度值降低愈顯著。因此要對所測得的硬度值進行修正后才能與平面上測得的硬度值進行比較。在凸球面上試驗C標尺洛氏硬度修正值，可參看標準附錄D的D.1表及（D.1)計算式H—洛氏硬度值D—球直徑，mm。§5.2洛氏及表面洛氏硬度試驗方法

五、試驗結果處理

例如：現有兩種規格的圓柱體φ6mm、φ65mm材料為45鋼，要求測定退火后的硬度。經退火處理，φ6mm與φ65mm兩種規格圓柱體用Ｃ標尺測定，它們的硬度值分別為HRC12和HRC18，均超出標尺的測量范圍，因此改用Ｂ標尺進行測定，其結果如下：1)φ6mm實測90HRB，查標準表C.2，修正值為4，修正后94HRB2)φ65mm實測94HRB曲率半徑大，不必修正。六、洛氏硬度試驗的應用及優缺點1、優點及應用：變換標尺可測硬度較高的材料；壓痕小適于半成品、成品檢驗；操作簡便，效率高適合批量檢驗。2、缺點：壓痕小，代表性差；遇材料有偏析、組織不均勻等缺陷，重復性差，分散性大。3、不同標尺所測硬度值無內在聯系，不能直接進行比較。第五章硬度試驗

§5.3

維氏硬度試驗

(試驗標準GB/T4340.1-2009，與ISO6507—1，2005基本一致。增加測量不確定度資料)

一試驗原理維氏硬度的試驗原理與布氏硬度的試驗原理相同，不同的是維氏硬度試驗采用的壓頭是兩相對面間夾角為136°的金剛石正四棱錐體。其試驗原理如圖5—9所示。壓頭在選定的試驗力F作用下，壓入試樣表面，經規定保持時間后，卸除試驗力。在試樣表面壓出一個正四棱錐形的壓痕，測量壓痕對角線長度d，用壓痕對角線平均值計算壓痕的表面積S。S=d2/[2sin(α/2)]維氏硬度值是試驗力F除以壓痕表面積S所得的商，用符號HV表示HV=0.102×F/S=0.1891×F/d2

維氏硬度值不標注單位。第五章硬度試驗§5.3維氏硬度試驗

在靜態力測定硬度方法中，維氏硬度試驗方法是最精確的一種，這種方法測量硬度的范圍較寬，可以測定目前所使用的絕大部分金屬材料的硬度。

維氏硬度壓頭采用相對面夾角為136°的金剛石正四棱錐體，是為了在不同試驗力條件下獲得相同形狀的壓痕，使各級試驗力測定的結果相同。另外壓頭136°夾角，在一定范圍內其硬度值與布氏硬度值（450HB以下）非常接近，特別是布氏硬度試驗中采用硬質合金球作壓頭時。維氏硬度的表示方法在HV前面書寫硬度值，HV后面按試驗力和試驗力保持時間的順序用數值表示試驗條件（保持時間為10～15s時，不作標注）。例如：640HV30/20表示用294.2N(30Kgf)試驗力保持20s測定的維氏硬度值為640;又如560HV1表示用9.81N(1Kgf)試驗力保持10-15s測定的維氏硬度值為560。第五章硬度試驗

§5.3維氏硬度試驗維氏硬度試驗的三個試驗力范圍

第五章硬度試驗

§5.3維氏硬度試驗二、試樣

1、試樣試驗面的制備表面平坦光滑，無氧化皮及外來污物，尤其不應有油脂。避免發熱或冷加工對試樣表面硬度的影響。一般維氏硬度試驗時要求試驗面的粗糙度Ra在0.4微米以下；小負荷和顯微維氏硬度試驗，則要求Ra分別在0.2和0.1微米以下（建議采用拋光/電解拋光工藝）。

2、試樣最小厚度（標準附錄A1、A2有圖表可查）要求試樣或試驗層的最小厚度H為壓痕壓痕對角線平均長度的1.5倍。根據維氏壓頭的幾何形狀可以證明H≥1.5d，相當于H≥10倍壓痕深度h，壓痕深度h與壓痕對角線長度d的關系為：h=1/7d。因此，試樣或試驗層的最小厚度H為：H=10h=10×1/7d≈1.5d，同時在試驗后，試樣背面不應出現可見變形壓痕。第五章硬度試驗

§5.3維氏硬度試驗二、試樣3、試樣的試驗面與平面比較，同樣壓入深度，凸曲面壓痕對角線短，凹曲面壓痕對角線長；凸曲面對壓頭的抗力比平面小，凹曲面對壓頭的抗力比平面大，壓痕深度不同，將改變所測維氏硬度值。在凸曲面上所測得的硬度值將增大，而在凹曲面上所測得的硬度值將減小，標準的附錄B1～B6的修正系數，考慮了上述兩種因素的綜合作用。故對在曲面上測定的硬度值必須乘以“修正系數”經修正后，才可以與平面下測定的硬度值進行比較（凹曲面修正系數大于1；凸曲面修正系數小于1）。。4、對于小截面或外形不規則的試樣，可將試樣鑲嵌或使用專用支承臺進行試驗。§5.3維氏硬度試驗

三、試驗設備及儀器

（1）硬度計的試驗力允許誤差和測量裝置的分度要求及測量允許誤差第五章硬度試驗試驗力范圍F/N允許誤差/%對角線長度d/mm測量裝置的估測能力最大允許誤差F≥1.961不大于±1.0%d≤0.0400.0002mm±0.0004mm0.09807≤F＜1.961不大于±1.5%d＞0.0400.5%d±1.0%d（2）硬度計示值重復性誤差和示值誤差的最大允許值在國家標準GB/T4340.2中的表4及表5分別有規定。測量方法和洛氏硬度標定方法同。（3）當天使用硬度計之前，應對硬度標尺或范圍進行檢查;每次更換壓頭、試臺或支座后及大批試樣試驗前應對硬度計進行日常檢查。用于檢查硬度計的標準硬度塊應符合GB/T4340.3標準硬度塊的要求。日常檢查在標準硬度塊上至少打一個壓痕,如和標準塊上的硬度值超差，應立即進行間接檢查。（4）硬度計應由國家計量部門定期檢定。

數顯維氏硬度試驗機顯微硬度計§5.3維氏硬度試驗四、試驗操作要點1、試驗室溫10～35℃。對溫度有較高要求的試驗，試驗溫度23±5℃。2、試臺應清潔無其他污物，保證試樣能穩固固定，保證試驗過程試樣不移動。3、試驗應選用表5-5（標準表3）中的試驗力進行試驗第五章硬度試驗

維氏硬度試驗小力值維氏硬度試驗顯微維氏硬度試驗硬度符號試驗力標稱值/N硬度符號試驗力標稱值/N硬度符號試驗力標稱值/NHV549.03HV0.21.961HV0.010.09807HV1098.07HV0.32.942HV0.0150.1471HV20196.1HV0.54.903HV0.020.1961HV30294.2HV19.807HV0.0250.2452HV40490.3HV219.61HV0.050.4903HV50980.7HV329.42HV0.100.9807

注：維氏硬度試驗可使用大于980.7N的試驗力。顯微維氏硬度試驗的試驗力為推薦值。§5.3維氏硬度試驗第五章金屬硬度試驗4、試驗力保持時間：一般為10～15s，對有色金屬為30±2s。5、試驗力加荷速度：施加試驗力的時間為2～8s。小負荷維氏硬度試驗和顯微維氏硬度試驗加力過程不超過10s壓頭下降速度≯200微米/s。6、試驗面與試驗力的作用方向垂直。7、兩相鄰壓痕中心距離，對鋼、銅及銅合金不小于壓痕對角線平均長度的3倍；對于輕金屬、鉛、錫及合金至少應為壓痕對角線長度的6倍。任一壓痕中心距試樣邊緣距離，對于鋼、銅及銅合金不小于壓痕對角線平均長度的2.5倍；對于輕金屬、鉛、錫及合金至少應為壓痕對角線長度的3倍。8、試驗后，試樣背面不應出現可見的變形痕跡。在平面上壓痕兩對角線長度之差不得超過對角線平均值的5%，如超過5%，則應試驗報告中說明，否則試驗結果無效，應重作試驗。9、一般情況下，對每個試樣應報出三個點的硬度測試值。

第五章金屬硬度試驗五、試驗結果處理

1、硬度值大于100時，修約至整數；大于或等于10到小于100時，修約至一位小數；小于10時，修約至二位小數。2、對于凸、凹球面，凸、凹圓柱面，試驗結果應按標準附錄B表B1～B6

乘修正系數。（注意：凸球面、凸圓柱面乘修正系數＜1；凹球面、凹圓柱面乘修正系數＞1。)

六、試驗報告要求同洛氏硬度試驗。七、應用及優缺點1、適合測定表面處理后的滲層或鍍層及較小、較薄工件的硬度，顯微維氏硬度還可用于測量合金中組成相的硬度。2、壓入角恒定，試驗力從小到大可任選。所測硬度值從低到高標尺連續，不存在布氏硬度F/D2的約束，也沒有洛氏硬度不同標尺的硬度無法統一的問題。對角線測量精確可靠，精度高。3、缺點：測量麻煩，工效不如洛氏硬度測量，不宜于成批生產的常規檢驗。§5.3維氏硬度試驗§5.4肖氏硬度試驗1、肖氏硬度試驗是動載硬度試驗法。它以一定尺寸的標準沖頭以規定的高度h0自由下落到試樣表面上，用測量沖頭與試樣沖擊后回跳高度h來確定試樣的硬度值。硬度值符號HS。它有D、C兩種型號，常用D型，故符號應為HSD.表達式為HS=Kh/h0

K—肖氏硬度系數

2、肖氏硬度試驗原理由于沖頭質量Q遠小于試樣和儀器機架的總質量，沖頭的回彈靠試樣的彈性變形，而消耗在塑性變形的能量W為

W=Q(h0-h)

其中Q和h0為固定值，所以硬度值與h成正比。3、適用范圍：平面，現場大工件。4、測5點，取平均值，測點間距≮2mm,距邊緣≥4mm.5、缺點：誤差來源多，重復性差，準確性底。§5.5塑料邵氏硬度試驗一、原理將規定形狀壓針，在標準彈簧力下，壓入試樣，把壓針壓入試樣的深度轉換為硬度值。它是動態測量的一種。二、符號

HA或HD，A或D表示針尖角度不同的型號。三、試樣厚度≥5mm(A型）或3mm（D型）四、加壓：A型1kg;B型5kg壓在試樣上。五、試驗點：5點取平均六、測量的間距6mm,距邊緣12mm§5.6硬度與強度之間的近似關系1、有色金屬布氏硬度HB與強度Rm的關系.見教材P107,表5-172、黑色金屬硬度與強度Rm的關系見教材P107,表5-18第五章硬度試驗

§5.4里氏硬度試驗（GB/T17394-1998金屬里氏硬度試驗方法）一、試驗原理

用規定質量的碳化鎢沖擊體在規定能量作用下對被測試工件表面進行沖擊。沖擊體下沖接觸到工件表面后在反作用力作用下以一定的速度回彈。沖擊體下沖和回彈時經過一恒定磁場并切割磁力線因而產生感應電壓，該電壓的高低與沖擊體下沖和回彈的速度成正比。通過測量沖擊體距試樣表面1mm高度處的下沖與回彈速度，用沖擊體下沖和回彈的速度的比值乘以1000，即為里氏硬度值。計算公式如下：HL=1000VR/vA式中：HL——里氏硬度符號；

VR——沖擊體反彈速度；

VA——沖擊體沖擊速度；第五章硬度試驗圖5-9里氏硬度計結構圖二、里氏硬度計的結構及主要技術參數里氏硬度計由沖擊裝置、顯示裝置和記錄裝置組成。沖擊裝置是里氏硬度計的關鍵部件。沖擊裝置最常用的為D型（基本型），其次為DC型、G型和C型。圖5-9為一種典型的沖擊裝置，其中D型適用于普通硬度測試場合，其余幾種用于各種特殊場合的硬度測試。第五章金屬·硬度試驗

§5.4里氏硬度試驗二、里氏硬度計的結構及主要技術參數第五章硬度試驗

§5.4里氏硬度試驗三、試樣1、制備避免受冷、熱加工對試樣表面硬度的影響。2、試樣的試驗面最好是平面，應具有金屬光澤，不應有氧化皮、油污等其他污染物，試樣表面粗糙度及最小厚度要求(表5-8）如下：3、有足夠的質量及剛性（見表5-9）。表面硬化層的深度應符合表5-10的規定。4、對于凹、凸圓柱面及球面試樣，其表面曲率半徑應符合表5-10的規定。對于表面為曲面的試樣，應使用適當的支撐環，以保證沖擊頭沖擊瞬間位置偏差在±0.5mm之內。5、試樣不應帶有磁性。

沖擊裝置類型粗糙度要求試樣最小厚度要求D、DC型G型C型Ra≤1.6Ra≤6.3Ra≤0.45101第五章硬度試驗§5.4里氏硬度試驗

三、試樣要求試樣質量沖擊裝置類型穩定放置固定或夾持需偶合D型、DC型G型C型>5>15>1.52~55~150.5~1.50.05~20.5~50.02~0.05表5-9試樣的質量要求（單位：kg）沖擊裝置類型表面硬化層深度(mm)表面曲率半徑(mm)D型、DC型≥0.8≥30G型——≥50C型≥0.2——表5-10第五章硬度試驗§5.4里氏硬度試驗三、試樣要求：試樣表面硬化層深度、圓柱面及球面試樣的曲率半徑§5.4里氏硬度試驗

四、里氏硬度測試方法及操作要領1、對被測試表面進行處理和適當拋光使其表面粗糙度符合（表5-8）要求，盡量使被測試表面接近平面形狀。2、每次測試前應先對標準硬度試塊進行測試，當對標準試塊的測試結果示值誤差大于12HLD時，應檢查沖擊體半球體是否松動或并用放大鏡檢查半球體磨損情況，如松動應進行緊固，如磨損嚴重則應更換。3、試驗時，應將硬度計沖擊裝置支撐環壓緊在試樣表面上，沖擊方向與試樣表面保持垂直。4、質量小的試塊需要耦合，試樣背面與支承臺要平坦光滑，涂以耦合劑，耦合劑建議用凡士林（見表5-9）

四、里氏硬度測試方法及操作要領（續）5、大面積板材、長桿、彎曲桿等試樣要采用合適的支承及固定。6、測量部位一般進行5次試驗。數據分散度不大于平均值的±15HL，壓痕的間距應符合表5-11要求。里氏硬度計及操作里氏硬度計顯示屏里氏硬度計沖頭及操作第五章硬度試驗圖5-10TH-160里氏硬度計主界面顯示圖5-11TH160里氏硬度計測量值顯示§5.4里氏硬度試驗五、驗結果處理1、用五個有效試驗點的平均值作為一個里氏硬度試驗數據。2、結果表示：在里氏硬度符號HL前示出硬度數值，在HL后面示出沖擊裝置類型。例如700HLD表示用D型沖擊裝置測定的里氏硬度值為700。3、盡量避免將里氏硬度換算成其他硬度。必要進行換算時，對常用金屬材料，可參照GB/T17394的附錄B、附錄C和附錄D進行。換算表示方法如下：在里氏硬度符號之前附以相應的硬度符號。例如400HVHLD表示用D型沖擊裝置測定的里氏硬度換算的維氏硬度值為400。§5.4里氏硬度試驗六、影響里氏硬度測試精度的因素以下一些因素可能對測試精度產生影響：1、

測試表面的曲率

測試表面如果為曲面，通過正確選擇支撐環可避免產生過大的測試誤差。但當凸曲曲率過小時，由于平面條件的變形和彈性狀態相差明顯，將導致沖擊體回彈速度偏低，從而使里氏硬度示值偏低。2、

表面粗糙度對測試結果的影響

測試表面的粗糙度（Ra）大于標準要求時，里氏硬度示值也會偏低，而且數據分散性較大。第五章硬度試驗

§5.4

里氏硬度試驗3、數據轉換產生的誤差里氏硬度和其他硬度測量方法的原理之間不存在明確的物理關系，里氏硬度計本身可能出現的測量誤差，因此數據轉換會產生一定的誤差。4、特殊材料引起的誤差用里氏硬度計測試金屬硬度時，對以下一些材料會產生附加誤差：a）所有奧氏體鋼；b）高速鋼中的耐熱工具鋼和萊氏體鉻鋼；c）磁性鋼；d）表面硬化鋼。七、應用及優缺缺點里氏硬度適合于大工件、組裝件、形狀復雜零件的現場測試。對大型構件尤為合適。優點是測試簡單，效率高。缺點：點：受質量及厚度影響大，