关于材料硬度你需要了解的一切

关于材料硬度你需要了解的一切

材料硬度是衡量材料抵抗外力作用下变形、划痕等能力的重要指标。从模具制造到日常用品，材料硬度的选择直接影响产品的性能和使用寿命。本文将为您详细介绍材料硬度的定义、类型、影响因素以及各种硬度测试方法，帮助您更好地理解这一重要概念。

什麼是材料硬度？

如您所知，材料能够承受变形、凹痕、刮痕等非常重要。基本上，这就像谈论金属、矿物、塑料等的韧性。

例如，将手指滑过钻石的表面，然后滑过粉笔。你会发现钻石是光滑的，而粉笔是易碎且不均匀的。它们对外力反应的差异告诉您它们的材料硬度。

模具製造中的鋼材硬度

钢材硬度是模具制造中的重要因素。原因是它影响模具的性能、耐用性和寿命。现在，您必须了解，硬度是选择完美的成型钢材时需要考虑的重要因素。

在模具制造中，可以使用洛氏 (HRC)、布氏 (HB) 或维氏 (HV) 等标度来测量硬度。对于钢来说，更高的硬度将为您提供更好的耐磨性和更长的工具寿命。

以下是一些常见的模具钢和硬度范围。首先，有预硬钢（HRC 30-40），适合中低产量。接下来，可以使用硬化钢 (HRC 40-50)，用于通用成型应用。之后，会发现一种用于大批量生产的高硬度钢（HRC 50-60+）。

可以选择上述类别中的任一类别。但是，请记住，如果您想继续进行注射成型和压缩成型，应分别选择高硬化钢和硬化钢。中等硬度的钢适合吹塑成型。

最后，表面处理总是能增强模具的硬度和磨损品质。

材料硬度類型

因此，说材料硬度取决于韧性、强度、应变、塑性、粘度等，这是没有错的。

划痕硬度

划痕是硬质材料与较软材料摩擦时出现的尖锐线条。这可能会导致出现划痕。假设您即将拆开全新手机的包装，并担心不可避免的划痕。现在，如果材料具有良好的防划性能，您的手机就会很安全。然而，相反的情况可能是有害的。

有很多方法可以检查材料的耐刮擦性，例如莫氏硬度标度。您可以将其用于矿物或陶瓷。因此，具有高划痕硬度的材料可以承受阳光下的每一次划痕。

具有划痕硬度的好处是您不必再花钱维修。您可以在余生中购买外观新颖的产品。如果您仍然有疑问，您可以随时进行划痕硬度测试，且不会失去光滑的表面。

回彈硬度

其次是回弹硬度。想象一下，你正在运球，篮球反弹回来。现在，由于材料的回弹硬度特性，这是可能的。因此，回弹硬度有点类似于材料的回弹品质。

材料基本上可以在受到撞击时吸收能量，然后弹回到原来的形状。例如，当您挤压橡胶时，橡胶会压缩，然后当您松开橡胶时又会恢复到原来的形状。

可以使用夏比试验和悬臂梁试验来检查回弹硬度的一种材料。通过这种方式，您可以检查材料承受撞击并恢复坚固的能力。简单来说，就是把锤子从某个高度扔下来，看看它是否会回到原来的水平。如果不会，那么回弹硬度可能较低。

壓痕硬度

一个完美的例子就是尝试将拇指压入一块面团。因此，它在面团上留下的印象可以让你了解面团的软度或硬度。就像这样，压痕硬度衡量材料对外力的抵抗力。

有一些测试，例如布氏和维氏测试。您只需将物体足夠用力地压入材料中并测量压痕即可。因此，您手中将拥有一些在压力下不会放弃的材料，尤其是在突然发生冲击时。

影响材料硬度的因素

始终牢记一些可能影响材料硬度的因素非常重要，它们是：

晶体结构

想象材料是由微小的积木组成的。有些材料以整齐有序的方式组织这些块，就像排列整齐的砖块（晶体结构）。

其他的则有点随意，就像一堆分散的乐高积木（非晶态结构）。现在，说到硬度，这些块的组织方式很重要。与具有更随机结构的材料相比，具有晶莹剔透的平面的材料往往具有不同的硬度特性。

粒径

将材料想象成由许多小颗粒组成，就像一匙沙子。现在，如果这些颗粒很大，那么路上的障碍就会减少。但是，如果它们很小，就会存在很多小障碍。

较小的颗粒尺寸通常意味着更多的障碍物。这仅仅意味着可能存在微小的缺陷或不规则性，这些缺陷或不规则性会影响材料的弯曲方式。因此，障碍物越多，硬度往往越高。

溫度

现在，我们来谈谈温度。将您的材料想象为聚会上的一群人。在较高的温度下，它类似于那些自由地混合并轻松移动的客人，这增加了原子的运动。

但是，当事情冷却下来时，客人們就开始僵在原地。在材料中，低温下原子迁移率降低会使它们变得更硬。你可以这样说它们变得更能抵抗变化，因为原子不能移动那么多。

如何測試材料硬度？

即使您熟悉材料硬度的理论，了解如何执行测试也很重要。现在让我们来谈谈这些测试：

洛氏硬度測試

这项测试背后的原理是通过测量材料在用力按压时的抵抗力来检查材料的强度。为此，可以使用称为压头的工具。该工具用于检查它可以将重负载推入材料多远。

对于初学者，仅使用较轻的负载以确保压头位于正确的位置。接下来就是重头戏了，你可以使用重负载。请观察压头进入材料的深度。

然而，有不同的标尺来分析结果。对于硬质材料，可以使用HRC标尺，对于软质材料，可以使用HRB标尺。此测试对于金属和合金非常有效。例如，您可以确保汽车引擎中的金属或自行车中的合金能够应对挑战。

布氏硬度測試

布氏硬度测试就像对材料进行友善挤压并观察其反应。这一切都是为了通过测量凹痕的大小来检查材料的「可凹性」。可以使用一种称为球形压头的特殊工具来完成这项工作。

程序简单；首先将一个小圆球压入一块材料中。在此测试中，可以向该球形压头施加已知的压力。按压后，看看留下的凹痕。这就像观察拇指压入橡皮泥的后果一样。该凹痕的大小至关重要，并且始终使用将凹痕大小转换为数字的公式。

该测试就像是金属硬度测试的超級英雄。它通常用于检查金属在受到挤压时的韧性和抵抗力。您可以确保您最喜欢的烹饪锅中的合金能够承受它们可能面临的日常压力。

維氏硬度測試

在此测试中，可以检查材料承受微小钻石点的能力。想象一颗金字塔形状的小钻石。现在，想象一下将这颗钻石压入一种材料中，看看它如何反应。

想象一颗金字塔形状的小钻石。现在，想象一下将这颗钻石压入一种材料中，看看它如何反应。简而言之，就是测量这颗小钻石在负重下遇到材料时留下的凹痕的大小。

首先，必须向这颗微小的钻石施加负载，有点像轻轻地将其推入材料中。可以将其视为对材料进行轻微推动的钻石。完成后，请查看已建立的凹痕。现在，这很酷的部分 - 测量凹痕的对角线，有点像检查它的宽度和长度。

努氏硬度測試

这是维氏硬度测试（努氏硬度测试）的近亲。它就像一个兄弟姐妹，但具有不同形状的工具。想象一颗钻石，但这次，它的形状像一个小菱形，而不是金字塔。这就是努氏压头。现在，轻轻地将这种独特的钻石压入材料中，看看它如何反应。

努普测试的目的是测量當您施加负载时菱形菱形留下的凹痕。在此测试中，您应该测量凹痕的长对角线和短对角线。此外，可以从两个不同的角度检查凹痕。

肖氏硬度測試

如果您对橡胶手机壳的柔软度或韧性感到好奇，那么肖氏硬度测试就是您的最佳选择。测试就像轻轻地戳一下，看看材料，尤其是那些柔软的弹性体和聚合物（例如橡胶和塑料）在出现压痕迹象之前可以承受多少程度。

这类似于检查记忆海绵床垫受压时的压扁程度。这里必须使用一种称为硬度计的特殊工具，而不是钻石或金字塔。这是一根友好的探针，可以轻轻地压入材料。

硬度计测量材料压痕的程度。这样，您就可以看到手指压入黏土的深度。根据您要测试的内容，无论是软橡胶还是硬塑料，都会使用不同的尺或刻度。对于较软的材料，有肖氏 A 等级，对于较硬的材料，有肖氏 D 等级。

显微硬度測試

想象一下这些测试，但放大最微小的细节就是什么显微硬度测试就是这样。与其它测试不同，可以使用细粒度的小部分，而不是处理大块。这与使用放大镜观察材料的微观世界相同。

进行此测试时，使用较小的压头，而不是常规尺寸的压头。它类似于将迷你钻石或菱形工具压入材料中。压制后，必须测量压痕的尺寸，但尺寸要小得多。您所要做的就是仔细观察微小压头留下的小脚印。

这是有趣的部分 - 使用测量值来计算维氏或努氏硬度值。当您处理其微小特征时，它可以让你了解材料的承受压力的能力。

划痕硬度測試

拿一把钥匙或一枚硬币，在表面上刮擦。您要么会发现一些划痕，要么会发现表面没有任何变化。最终，该测试的目的是弄清楚材料在与较硬的物体接触时抵抗划痕的能力如何。

这就像用车钥匙测试手机屏幕，看看是否留下任何痕迹。例如，使用更坚韧的材料，有点像是带有不易刮伤的盾牌的缩影。可以使用这种更坚韧的材料来刮擦您正在测试的样品。

当刮擦发生时，仔细观察物体。样品上出现的任何划痕或痕迹都会告诉您它经得起挑战的能力。

材料硬度的測量單位是什麼？

硬度和压力的测量单位很容易混淆。材料硬度的 SI 单位是兆帕 (MPa)。然而，有一个区别：一些测试是定性的并且没有特定的 SI 单位。现在，您之前读到的每种硬度类型都有不同的测量范围。总结如下：