超硬材料网

       在机械制造领域，刀具、量具、模具等工具的性能与寿命，很大程度上取决于其硬度。硬度，作为衡量材料抵抗局部变形（尤其是塑性变形、压痕或划痕）能力的重要指标，直接关系到材料的耐磨性和使用寿命。今天，就让我们一起深入了解硬度的相关知识。

       硬度的定义与重要性

       硬度，简而言之，就是材料抵抗外力造成局部变形的能力。一般来说，材料越硬，其耐磨性就越好。例如，在机械传动系统中，齿轮等零部件需要具备一定的硬度，以确保在长时间运转中仍能保持良好的性能和较长的使用寿命。

       硬度的类型与试验方法

       硬度有多种类型，其中金属硬度中常见的、实用的压痕硬度试验方法主要包括以下几种：

       1、布氏硬度（HB）

       原理：使用钢球或硬质合金球（直径Dmm)作为压头，施加试验力F，试样打压后，提升压头留下的凹部直径d(mm)中计算出球压头与试样的接触面积S(mm2)，除试验力而得出的值。压头为钢球时的符号为HBS、硬质合金球时为HBW。k是常数(1/g= 1/9.80665 = 0.102)。

       2、维氏硬度（HV）

       原理：维氏硬度是将试验力F(N)除以标准片与压头之间的接触面积S(mm2)所得的值，该面积根据在试验力F(N)下通过压头(四方锥金刚石，相对面角=136˚)在标准片上形成的压痕的对角线长度d(mm，两个方向长度的平均值)计算。k为常数(1/g=1/9.80665)。

       特点：应用范围广泛，特别适用于微小硬度领域。

       3、努氏硬度（HK）：

       原理：努氏硬度是通过将试验力除以压痕投影面积A (mm2)所计算的值，该面积根据在试验力F通过按压长菱形金刚石压头(相对边角为172˚30'和130˚)在标准片上形成的压痕的较长对角线长度d (mm)计算。

       特点：可通过替换显微硬度试验机的维氏压头来测量。

       4、洛氏及表面洛氏硬度（HR）：

       原理：洛氏硬度或洛氏表面硬度的测量之前，需先使用金刚石压头(尖端锥角：120˚，尖端半径：0.2mm)或球形压头(钢球或硬质合金球)向标准片施加预加载力，然后施加试验力，并恢复预加载力。

       该硬度值由硬度公式得出，该公式以预加载力和试验力之间的压痕深度h(μm)之差表示。洛氏硬度测试使用98.07N的预加载力，洛氏表面硬度测试则使用29.42N的预加载力。结合压头类型、试验力和硬度公式一起提供的特定符号被称为标尺。日本工业标准(JIS)定义了各种相关硬度标尺。

       特点：操作简便迅速，可直接在原材料或零件表面上测试。

       硬度换算公式

       在实际应用中，有时需要将不同硬度试验方法得出的硬度值进行换算。以下是一些常用的硬度换算公式及其特点：

       1、努氏硬度与维氏硬度的换算：

       （1）公式：HV=0.968HK（低载荷下误差较大，HV>900时失去参考价值）

       （2）修正公式：经实际数据验证，具有较高的参考价值。

       2、洛氏硬度与维氏硬度的换算：

       (1)对Hans·Qvarnstorm提出的The Qvarnstorm换算公式

       进行修正后得出洛氏硬度与维氏硬度的换算公式为：

       此公式用我国公布的黑色金属硬度标准数据进行换算，其HRC误差基本上在±0.4HRC 范围内，其最大误差也仅士0.9HRC，计算的HV误差最大为±15HV。

       (2)根据不同压头所受应力σHRC=σHV，通过对洛氏硬度与维氏硬度压痕深度关系曲线的分析得出公式

       本公式与国家标准实验换算值对照,换算式计算结果与标准实验值之误差为±0.1HRC。

       (3)根据实际的实验数据利用线性回归的方法对洛氏硬度与维氏硬度的换算进行探讨，得出公式：

       本公式使用范围小，误差较大，但计算简便，在对精度要求不高时可以使用。

       3、洛氏硬度与布氏硬度的换算：

       (1)对布氏压痕和洛氏压痕深度关系进行分析，根据压头的应力σHRC=σHB得出换算公式     

       计算结果与国家标准实验值对照，换算式计算结果与标准实验值之误差为±0.1HRC。

       (2)根据实际实验数据用线性回归法得到公式

       公式误差偏大，使用范围偏小，但计算简便，在对精度要求不高的情况下可以使用。

       4、布氏硬度与维氏硬度的换算：

       布氏硬度与维氏硬度的关系，同样根据σHB=σHV得出公式

       此公式换算结果与国家标准换算值对照，换算误差为±2HV。

       5、努氏硬度与洛氏硬度的换算：

       因为努氏硬度与洛氏硬度的对应曲线类似于抛物线，故由曲线得出近似的换算公式为

       此公式比较精确，可以作为使用参考。

       硬度作为材料性能的重要指标之一，在机械制造、材料科学等领域具有广泛的应用。通过了解硬度的定义、类型、试验方法以及换算公式等知识，我们可以更好地选择和应用硬度试验方法，为材料的性能评估和质量控制提供有力支持。