材料硬度：定义、类型和测试方法
材料硬度：定义、类型和测试方法
材料硬度是决定材料在项目中适用性的关键指标。从高硬度的钢材到较软的材料，选择合适的硬度对于项目的成功至关重要。本文将详细介绍材料硬度的定义、类型以及各种硬度测试方法，帮助读者更好地理解这一重要材料属性。
材料硬度决定了材料对项目的适用性。您的项目有时需要高硬度材料，如钢或较软的材料。这取决于材料刮擦或被其他材料刮擦的相对能力。
我们都知道，在项目中使用错误的材料可能会产生灾难性的后果，尤其是当生产的零件是更大项目的一部分时。 因此，在生产前评估材料的硬度是必不可少的。
假设您需要一种材料能够承受高压痕或磨损而不变形，那么您应该选择硬质材料。但是，高硬度的材料不一定适用于所有项目。您需要咨询专业的机械加工公司，以了解哪种材料适合您的项目。
材料硬度测试通过将较硬的材料压入其表面来测量材料的抗变形能力。它在许多行业中用于材料比较和选择，以及制造或硬化过程的质量标准。使用专门制造的压头（具有选定的尺寸）以规定的力压入被测材料。按压时间在硬度测试中也很重要。
硬度不是材料的基本物理属性，而是一种测量特性。但是，根据材料的用途，它可以提供一些有关材料强度和耐久性的宝贵信息。硬度评估涉及测量材料对压痕、磨损、变形或加工的抵抗力。
现在让我们看看硬度测试是如何进行的：
它的工作原理是将标准化的硬质仪器压入被测材料中。该仪器称为压头，在标准时间长度（秒数）内压入样品，并在其后施加特定负载（力）。当压头压入材料时，它会使材料表面发生可测量的变形。然后测量这种变形，并使用该测量值评估材料的硬度值。
硬度测试方法有很多种，每种方法都适用于特定的测量范围或材料类型。因此，应根据被测材料选择不同的方法。最常见的硬度测试如下：
莫氏硬度表可用于评估材料的硬度，方法是将其与标准材料硬度列表进行比较。材料的硬度是衡量几乎无法刮擦的材料和无法刮擦的材料之间的尺度。
里氏回弹硬度测试（LRHT）是由瑞士公司Proceq SA发明的，是金属硬度测试最常用的四种方法之一。这种便携式方法主要用于测试足够大的工件（基本上超过1公斤）。它是一种用于测试重量超过1公斤的大型工件的无损检测。它还测量响应因子。快速测量是里氏回弹硬度测试的一个关键优势，可以快速确定材料硬度。
它评估金刚石锤从预定高度掉落后从材料上“反弹”的高度。弹性和这种硬度是相互联系的。评估回弹硬度的两项测试是 Leeb 回弹硬度测试和 Bennett 硬度测试。
压痕硬度是测量材料在受到尖锐物体持续压缩载荷时抵抗变形的能力。洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度和布氏硬度测试是典型的压痕硬度测试。
洛氏硬度试验测量材料的抗压痕能力，以此来衡量硬度。洛氏硬度试验测量的是压头在重负荷（主要负荷）下穿透材料的深度，与预负荷（较小负荷）下的穿透深度相比。使用不同负荷或压头的不同标尺用一个字母表示。结果是一个无量纲数字，用字母 HRA、HRB、HRC 等表示，其中最后一个字母代表相应的洛氏标尺。
洛氏硬度试验是一种用于生产控制的快速测试方法，读数直接，主要用于金属材料。洛氏硬度（HR）是通过测量压头在给定负载下插入样品材料后的压痕深度来计算的，它反映了金属对压痕的测量阻力。一般用于较大的几何样品。快速试验主要用于金属材料。它可以用于高级测试，例如 Jominy（最终压制）（HRC）测试。
洛氏硬度测试基于与压头强制产生的额外深度测量的反比关系，这是由于较大的总负载（主负载）超过先前施加的主负载（次负载）产生的深度。首先，施加简单负载，并创建零数据位置。然后，在指定的时间段内施加主负载，然后移除，使次负载保持不变。得到的洛氏数值表示施加主负载后与零基准位置的深度差。
对于塑料，整个过程可能需要几秒钟到 15 分钟。洛氏硬度测试结果可快速直接地获得，无需进行二次尺寸测量。最常见的压头类型是磨成 120 度的金刚石圆锥体，用于测试硬化钢和碳化物。较软的材料通常使用直径为 1/16 英寸到 1/2 英寸的碳化钨球进行测试。洛氏标尺是压头力和测试力的组合。
布氏硬度测试需要使用直径为 500 毫米或 3,000 毫米的碳化钨球在规定的时间内（10 到 30 秒）施加恒定的载荷或力，通常为 5 到 10 公斤。该过程通过评估金属对压痕、磨损、变形或机加工的测量阻力来测量金属的硬度。需要一定的加载时间以确保金属的塑性流动停止。在某些情况下，使用较小的力和直径较小的球。布氏试验与诺普试验和维氏试验一样，只使用一种测试功率。移除载荷后，使用低倍显微镜或自动测量装置以毫米为单位测量恢复的圆形压痕。
布氏硬度试验通常用于测试铝和铜合金（在较低力下）以及钢和铸铁（在较高力下）。高强度钢或其他材料通常不使用布氏硬度试验方法进行测试，但布氏硬度试验在某些材料表面处理中特别有用，因为压痕尺寸和较大的施加力对表面条件的耐受性更强。布氏硬度计通常设计用于容纳大型部件，例如发动机铸件和大直径管材。
维氏硬度测试是针对所有固体材料（包括金属材料）的硬度测试。维氏硬度 (HV) 是通过测量剩余样品材料中压痕的对角线长度来计算的，方法是在给定的负载下插入菱形金字塔形压痕，以评估材料对压痕的测量阻力。压痕直径是目测测量的，可使用表格或公式确定硬度。
它用于测试所有固体材料，包括金属材料的硬度。
它适用于广泛的应用。
这包括焊接硬度测试的子集。
维氏测试，也称为总压痕距离测试，适用于多种材料，包括固体和钢部件。与努氏测试相比，维氏距离对表面条件的敏感度较低。
努氏硬度计 (HK) 是显微硬度测试范围内维氏硬度计测试的替代方案。它主要用于克服脆性材料中的裂纹，也用于促进薄层的硬度测试。努氏硬度测试通过评估材料对压痕、磨损、变形或加工的测量阻力来测量硬度。压痕是一个不对称的金字塔形钻石，压痕是通过目测长直径来测量的。
它用于硬脆材料，例如陶瓷。
适用于小而细长的区域，例如涂层。
您可以采用这种测试方法来测量划痕硬度。莫氏硬度测试基于莫氏标度，通过将材料与已知硬度的参考材料进行划痕来执行。莫氏硬度测试使用十种不同硬度的参考材料。待测材料的种类决定了采用哪种参考。然后通过评估测试材料的硬度数值来获得结果。
Talk 是使用的最柔软的材料，值为 1。另一方面，最硬的材料是钻石，值为 10。
洛氏金刚石压头用于现代莫氏硬度测试。 该机器的工作原理与传统方法类似。 它涉及用合适的负载在指定时间内刮擦试件。
肖氏硬度试验是一种用于测试材料对局部变形或压痕的抗力的方法。它是用于测量材料（通常是聚合物材料）硬度（或硬度）的众多标度之一。肖氏标度可测量各种材料的硬度——从软橡胶、TPE（热塑性弹性体）、硅树脂到半硬质塑料。
使用肖氏 A 标度确定的硬度值与使用相同标度测量的其他材料的硬度有关。一种材料中压痕的深度与可能压痕深度的标准 0 到 100% 之间的经验关系用于报告称为肖氏 A 硬度的经验数字。