硬度試驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)
 

硬度是材料的一個(gè)特征，而不是基本物理特性。它的定義是抗壓痕強(qiáng)度，通過測(cè)量壓痕的長久深度來確定。更簡單地說，當(dāng)使用固定的力值（負(fù)載）和特定的壓頭時(shí)，越小的壓痕就代表材料硬度越高。使用 12 種不同測(cè)試方法中的一個(gè)測(cè)量壓痕的深度或面積可得到該壓痕硬度數(shù)值。

硬度測(cè)試應(yīng)考慮的因素
在選擇要使用的硬度測(cè)試方法之前，應(yīng)優(yōu)先考慮下列的樣品特征：

? 樣品的尺寸
? 圓柱形樣品
? 樣品的厚度
? 標(biāo)尺
? 設(shè)備的再現(xiàn)性和重復(fù)性

樣品的尺寸
部件尺寸越小，形成所需壓痕的負(fù)載就越低。對(duì)于小尺寸的部件滿足*小厚度要求以及壓痕遠(yuǎn)離內(nèi)部或者外部邊界是極為重要的。較大的部件需要用適當(dāng)?shù)膴A具妥善固定，以確保在測(cè)試過程中不會(huì)移動(dòng)或滑動(dòng)。那些突出于砧座或者不易用砧座支撐的部件應(yīng)該裝夾到位或給予適當(dāng)?shù)闹巍?nbsp;

圓柱形樣品
由于軸向和徑向的材料滑動(dòng)之間有差異，當(dāng)測(cè)試小直徑的圓柱形樣品時(shí)，測(cè)試結(jié)果是需要修正的。根據(jù)圓柱凸面的直徑，圓弧修正參數(shù)被添加到測(cè)試結(jié)果。此外，與邊緣或另一個(gè)壓痕保持等于約為壓痕直徑 2?1/2 倍的*小間隔是很重要的。 

樣品的厚度
樣品的*小厚度應(yīng)當(dāng)至少是壓痕深度的十倍。普通和表面洛氏方法都有*小厚度的要求。

標(biāo)尺
有時(shí)候必須以一種標(biāo)尺測(cè)量而以另一種標(biāo)尺報(bào)告。轉(zhuǎn)化功能很有必要，但要注意的是它未必能提供可靠的信息，除非已經(jīng)以不同標(biāo)尺的測(cè)試完成了實(shí)際的相關(guān)性。 

設(shè)備的再現(xiàn)性和重復(fù)性
設(shè)備的重復(fù)性和再現(xiàn)性研究用于計(jì)算操作者和儀器根據(jù)特定測(cè)試樣品的允差范圍進(jìn)行測(cè)試的能力。硬度測(cè)試也有固有變量，它們以標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備R＆R程序和實(shí)際測(cè)試樣品的公式來排除。材料的變化和無法以深度測(cè)量儀在同一區(qū)域進(jìn)行測(cè)試是兩個(gè)影響 GR＆R 結(jié)果的顯著因素。為了盡量減少這些影響，*好是對(duì)于高一致性的標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行研究，以便*小化這些內(nèi)置變化。 


硬度測(cè)試的方法

在 ASTM E-18 中定義的洛氏測(cè)試方法是*常用的硬度測(cè)試方法。洛氏測(cè)試一般較容易進(jìn)行，而且比其他類型的硬度測(cè)試方法更準(zhǔn)確。洛氏測(cè)試方法用于所有金屬，除非測(cè)試的金屬結(jié)構(gòu)或表面條件會(huì)導(dǎo)致太多的偏差；還有那些對(duì)于應(yīng)用的壓痕太大；或者樣品的尺寸或形狀限制了測(cè)試。 
洛氏方法測(cè)量由壓頭上的力/負(fù)荷產(chǎn)生的壓痕的長久變形深度。首先，使用金剛石壓頭對(duì)樣品施加初步的加載力（通常被稱為預(yù)載荷）。此負(fù)荷表示穿透表面以降低表面光潔度影響的零位或參考位置。

 完成預(yù)壓后，再加上被稱為主載荷的額外負(fù)載，以達(dá)到所需的總測(cè)試負(fù)載。考慮到彈性回復(fù)，保持這個(gè)力度至預(yù)定的時(shí)間（保載時(shí)間）。然后釋放該主載荷，然后測(cè)量該*終位置與從預(yù)壓位置的壓痕深度偏差，以及預(yù)壓和主載荷之間的壓痕深度偏差。這個(gè)距離被轉(zhuǎn)換成硬度值。

布氏測(cè)試方法由ASTM E10標(biāo)準(zhǔn)定義。大多時(shí)候用于測(cè)量鑄件和鍛件這些表面或者結(jié)構(gòu)過于粗糙的材料。布氏測(cè)試經(jīng)常使用非常重的測(cè)試負(fù)載（3000 千克力）和 10 毫米寬的壓頭，以便均衡壓痕大部分的表面和次表面的不一致性。 

布氏方法以預(yù)定的測(cè)試負(fù)載（F）加載到一個(gè)固定直徑（D）的碳化鎢鋼球，保持一定的預(yù)載時(shí)間然后卸載。然后對(duì)壓痕進(jìn)行至少兩次直徑測(cè)量 - 通?；ハ啻怪狈较蛏先缓笕∑骄担╠）。隨后使用轉(zhuǎn)化表把測(cè)量的平均直徑轉(zhuǎn)換為布氏硬度值。測(cè)力范圍在 500 至 3000 千克力之間。

一般上布氏硬度試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)壓痕，接下來再使用專配的布氏顯微鏡或光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量壓痕的直徑。然后使用布氏公式或基于公式的轉(zhuǎn)換表把測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換成布氏值。

球型壓頭的直徑范圍可以在 10 毫米至 1 毫米之間。一般而言，更低的負(fù)載和球型直徑是為了更方便地與其他儀器結(jié)果比對(duì)，如具有小負(fù)載量程的洛氏單位。 

維氏測(cè)試方法，維氏測(cè)試方法也被稱為顯微硬度測(cè)試方法主要用于小零件、薄片或硬化層深度工作。維氏方法是基于光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的。顯微硬度測(cè)試程序 根據(jù)ASTM E-384標(biāo)準(zhǔn)要求 以金剛石壓頭按照指定的低負(fù)載范圍加載形成壓痕，并測(cè)量、轉(zhuǎn)換為硬度值。 

只要測(cè)試樣品是精心準(zhǔn)備的，該測(cè)試對(duì)于廣泛類型的材料檢測(cè)是十分有用的。
底面為正方形的倒錐形金剛石用于維氏標(biāo)尺的試驗(yàn)。雖然“宏觀”維式負(fù)載的范圍可以高達(dá) 30 公斤以上，常規(guī)負(fù)載是很輕的介于幾克到一或幾公斤范圍之內(nèi)。該顯微硬度的方法用于檢測(cè)金屬、陶瓷、復(fù)合材料 - 幾乎任何類型的材料。

由于維氏測(cè)試的壓痕是非常小的，它適用于不同種類的應(yīng)用：檢測(cè)非常薄的材料如金屬箔或測(cè)量部件、小零件或小區(qū)域的表面、測(cè)量單個(gè)微觀結(jié)構(gòu)或測(cè)量硬化層深度。該測(cè)量通過部分剖面進(jìn)行一系列的壓痕來描述硬度變化的剖面。 

努氏測(cè)試方法，也被稱為顯微硬度測(cè)試方法主要用于小零件、薄片或硬化層深度工作。維氏方法是基于光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的。顯微硬度測(cè)試程序 根據(jù)ASTM E-384 標(biāo)準(zhǔn)要求按照指定的低負(fù)載范圍加載形成壓痕，并測(cè)量、轉(zhuǎn)換為硬度值。 

只要努氏測(cè)試樣品是精心準(zhǔn)備的，該測(cè)試對(duì)于廣泛類型的材料檢測(cè)是十分有用的。倒錐形的金剛石壓頭以努氏規(guī)模進(jìn)行檢測(cè)。此壓頭不同于上文維氏測(cè)試中所使用的倒錐形型壓頭。努氏壓頭的形狀是比較延伸或矩形的。 

當(dāng)壓痕間隔非常緊密或非常接近樣品的邊緣時(shí)通常會(huì)使用努氏方法。努氏壓痕的寬度可以為測(cè)量提供更高的分辨率而且壓痕也更淺。因此，它可以用于非常薄的材料。 
努氏測(cè)試中，以倒錐形的金剛石壓頭在指定的保載時(shí)間內(nèi)施加預(yù)定的測(cè)試負(fù)載。

努氏測(cè)試中所使用的倒錐形壓頭比維氏測(cè)試中的壓頭更細(xì)長。保載時(shí)間后卸載。與測(cè)量壓痕的縱向和橫向長度取得其平均值的維氏測(cè)試不同，努氏方法僅僅測(cè)量壓痕的橫向長度。然后以根據(jù)轉(zhuǎn)換表換算為努氏硬度值。 

由于努氏測(cè)試的壓痕非常小，它適用于不同種類的應(yīng)用包括檢測(cè)非常薄的材料如金屬箔或測(cè)量部件、小零件或小區(qū)域的表面、測(cè)量單個(gè)微觀結(jié)構(gòu)或測(cè)量硬層硬化的深度。該測(cè)量通過部分剖面進(jìn)行一系列的壓痕來體現(xiàn)硬度的變化。  

硬層深度就是樣品上的硬化層厚度。硬層硬化改善了部件在動(dòng)態(tài)和/或熱應(yīng)力作用下的耐磨性和疲勞強(qiáng)度。硬化鋼部件一般用于需要高耐磨性和強(qiáng)度轉(zhuǎn)動(dòng)的應(yīng)用。硬層硬化的特性主要是由表面硬度、有效硬化深度和殘余應(yīng)力的深度剖面來確定的。變速器和發(fā)動(dòng)機(jī)部件就是硬化的例子。 

硬層深度測(cè)試一般通過從樣品邊緣朝向中心的產(chǎn)生一系列的硬度壓痕。之后把硬度的演變繪制在圖上，并計(jì)算從該表面到硬度極限（HL）的距離。
 
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