硬度试验及硬度试验方法
在1900年左右，Martens提出了以下硬度试验定义：“硬度是一个物体对另一个（较硬）物体的抗压痕强度。”这一简单而精确的定义在技术界已占有一席之地，并且在今天和当时一样有效。技术硬度是一种用来描述材料或材料状态的机械特性。
硬度不能直接测出，但可以通过主要测量变量（例如试验载荷、压痕深度、压痕面积）得出。根据试验方法的不同，硬度值可通过下列方法之一测定：
- 试验载荷和表征压痕硬度的几何值之一（例如压痕深度）
- 仅通过长度表征压痕
- 通过不同的材料响应（例如抗划伤性）
硬度定义硬度取决于什么？测量硬度硬度试验目的硬度试验方法概览静态与动态硬度试验方法通用标准载荷范围的分类载荷施加的变化历史
详细信息：
如何测量硬度？
静态施加试验力是金属硬度试验的主要方法。试验期间需要测量压头留下的压痕深度或压痕大小。硬度试验静态方法分为深度测量法和光学测量法两种。
- 深度测量法测量压头的残留压痕深度。洛氏法是唯一标准化的深度测量方法（请参见ISO 6508、ASTM E18标准）。除此之外，还有一些非标准化的深度测量方法：布氏和维氏深度测量方法（HBT、HVT）。
- 光学测量法测量压头的残留压痕大小。标准化光学硬度试验方法包括布氏硬度试验（ISO 6506、ASTM E10）、努氏硬度试验（ISO 4545、ASTM E92、ASTM E384）和维氏硬度试验（ISO 6507、ASTM E92、ASTM E384）。
- 此外，在硬度试验范围内还可以使用动态施加试验力的方法。这包括诸如里氏回弹硬度试验方法/里氏硬度试验（ISO 16589、ASTM A965），该试验测量球形压头的回弹高度。
硬度试验目标
材料测试领域的硬度试验
- 如今，硬度试验是机械材料试验中最常使用的方法之一，特别是金属材料。
- 一方面，这种试验方法可用于寻找与其他材料特性（例如强度、刚度、密度）或特定应力下材料行为（例如耐磨性）的定性关系。
- 另一方面，硬度试验是一种执行起来相对容易且快速的方法；它造成的破坏相对较小，也就是说，在试样表面只留下轻微的表面损伤。
- 它还提供质量控制选项（进出货检查）。使用硬度试验方法还可以对各种几何形状的试样进行试验。
硬度试验的任务和目标
- 硬度试验是区分材料的重要手段，也是在基础研究（材料科学、材料工程、材料诊断）框架下分析、研发和改进材料与技术的重要手段。
- 其用于测定特性值（硬度值），这些特性值对材料在工业应用中的使用（材料对技术相关部件的适用性）、在质量保证范围内控制过程中的验收（进出货检验）、对材料的区分（如材料混合）和对损伤情况的澄清（损伤分析）都是至关重要的。
硬度试验方法总览
| 硬度试验方法 | |||
| 施加静态试验力 | 施加动态试验力 | ||
| 用带硬金属球或锥形/菱形棱锥的压头垂直压入试样的表面，试样位于坚实的支架上。在规定的施加和暴露时间内， 平稳施加试验载荷，且无冲击。 | 施加动态试验力的方法主要用于大型部件硬度试验。 | ||
压痕的光学测量 压痕在移除工作载荷之后测量。长度测量值（对角线，直径）用于计算硬度值。 | 深度测量法 压痕深度在试验载荷下测量，或者在移除附加试验载荷后测量。 | 能量测量 测量的量是冲击和回弹速度（或高度）。 | |
在恒定试验载荷下测量
| 移除附加试验载荷后，
|
| |
硬度试验的通用标准
金属硬度试验按照以下常用的静态方法进行，这些方法在下列标准（ISO与ASTM）中有定义：
| 试验方法 | ISO | ASTM |
| 布氏 | ISO 6506 | ASTM E10 |
| 维氏 | ISO 6507 | ASTM E92、ASTM E384 |
| 洛氏 | ISO 6508 DIN 50103 | ASTM E18 |
| 洛氏法 乔米尼试验/乔米尼顶端淬透性试验 | ISO 642 | ASTM A255 |
| 努氏 | ISO 4545 | ASTM E92, ASTM E384 |
| 里氏硬度试验（回弹硬度试验方法） | ISO 16589 | ASTM A965 |
可使用以下方法来进行橡胶弹性聚合物和弹性体硬度试验：
| 邵氏硬度 | ISO 7619-1 | ASTM D2240 |
| 球压痕硬度 | ISO 2039-1 | |
| 洛氏 | ISO 2039-2 | ASTM D785 |
| 仪器化硬度试验 | ISO 19278（草案） |
根据载荷范围对硬度试验进行分类
在硬度试验领域，根据力的施加情况使用不同的主要载荷（试验力）。根据在硬度试验过程中对试样施加的主要载荷的大小，ISO标准内部对微观、低载荷或宏观硬度试验进行了区分。
- 在宏观范围内（常规硬度范围），使用≥5 kgf的大试验载荷进行试验，这也会导致试件上产生相应的大硬度压痕。宏观范围内的硬度试验方法包括布氏、维氏和洛氏法。
- 低载荷范围内的硬度试验适用于试验载荷介于0.2 kgf和5 kgf之间的情况（试验载荷≥0.2 kgf且<5 kgf）。最常用的低载荷方法是维氏法。低载荷硬度试验主要用于小零件、厚涂层和低硬度材料的测试。
- <0.2 kgf的小试验载荷在试件上产生的压痕较小，用于微观硬度试验（最常用的方法是：维氏法）。因此，微观范围内的硬度试验可用于测定薄涂层的硬度，或诸如单个微晶或内含物的硬度。
硬度试验的历史
- 1722：R. A. Réaumur研发了一种用钢刮擦矿物表面的方法。
- 1822：发明了用于矿物测试的莫氏硬度标尺。这是一个十点划痕硬度标尺，其中的每种材料都可以用下一个更硬的材料刮出划痕。莫氏硬度值
- 至今仍用于矿物学中，但不适合于测定工业材料（金属）的硬度。各个硬度的步幅相对较大，且有不同的间隔。
| 莫氏硬度 | 矿物类型 | 维氏硬度(HV) |
1 | 滑石 | 2 HV |
2 | 石膏 | 35 HV |
3 | 方解石 | 100 HV |
4 | 荧石 | 200 HV |
5 | 磷灰石 | 540 HV |
6 | 正长石 | 800 HV |
7 | 石英 | 1100 HV |
8 | 黄晶 | 1400 HV |
9 | 刚玉 | 2000 HV |
10 | 金刚石 | 10000 HV |
- 1900：J. A. Brinell研发了一种球压痕试验，后来被称为布氏法。
- 1920：S. R. Rockwell研发了以其名字命名的预载荷方法，用于测试船只。
- 1925：维氏法由英国的R. Smith和G. Sandland发明。使用维氏法可进行微观硬度试验。
- 1939：F. Knoop、C. G. Peters和W. B. E. Emerson在（美国）国家标准局研发了努氏法。
27.10.2025
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