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硬度试验及硬度试验方法
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：
硬度试验机和硬度计
硬度定义
硬度是指一种材料（试样）对另一较硬物体（压头）的抗机械压痕强度。最坚硬的天然材料是金刚石，可用于压头（工业金刚石）。硬度的定义不同于强度，强度是指材料抵抗变形和分离的能力。
硬度取决于什么？
硬度不是材料的基本物理特性。然而，某些材料的硬度会在一定范围内移动。硬度可以通过加热而改变，这意味着工件在经过热处理后会具有不同的（更高）硬度值。
硬度没有明确的定义值。硬度试验中测定的硬度值取决于：
所选的试验方法 施加到压头上的试验载荷 压头在材料上的时间长短 压头的几何形状 工件的几何形状
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）。
维氏HV布氏HBW努氏 HK在恒定试验载荷下测量
仪器化压痕试验马氏 HM球压痕硬度根据维氏HVT修改的方法移除附加试验载荷后，在预载荷下测量
洛氏（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T、W、X、Y）洛氏（R、L、M、E、K、alpha）根据布氏HBT修改的方法里氏HL回弹硬度（例如Sklerograph）
区分静态与动态硬度试验方法
原则上，技术领域中常用的硬度试验方法分为静态施加试验力和动态施加试验力两种方法。
对于主要用于金属硬度试验的静态方法，试验载荷是缓慢增加的。这意味着在其中一个标准规定的最短时间内平稳地施加试验力，而不会有突然的动作（见图）。 另一方面，对于动态方法，试验载荷是突然施加的，这会使试样受到冲击载荷。
金属静态硬度试验方法的区分标准
金属硬度试验主要采用施加静态试验力的方法。可以根据以下标准进行区分：
压头形状（球形、棱锥形或锥形） 压头的材料（硬化钢、硬质金属或金刚石） 对试样施加的试验载荷的大小 评估类型：测量压头所产生的压痕深度（深度测量法）或压痕大小（光学测量法）。
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ISOASTM布氏ISO 6506ASTM E10维氏ISO 6507ASTM E92、ASTM E384洛氏ISO 6508DIN 50103ASTM E18洛氏法 乔米尼试验/乔米尼顶端淬透性试验ISO 642ASTM A255努氏ISO 4545ASTM E92, ASTM E384里氏硬度试验（回弹硬度试验方法）ISO 16589ASTM 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 7619-1ASTM D2240球压痕硬度ISO 2039-1洛氏ISO 2039-2ASTM 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 - 载荷施加变化
使用砝码的静载荷
使用弹簧的静载荷
闭环控制
使用闭环控制的静载荷
使用砝码的静载荷
过去，通过使用砝码的静载荷来施加硬度试验机的试验力。这意味着，具体试验力是通过直接作用的质量施加的。试验力通常可以通过杠杆机构或更换砝码来调节。 对于差深法（例如洛氏硬度），预载荷和主要载荷通过耦合主要载荷的附加砝码来施加。 具有这种类型结构的静载荷系统通常配有阻尼元件，以便能够在无冲击的情况下施加试验力。即便如此，由于系统的类型，也无法避免试验力的过冲。而且，振动和冲击对硬度测量的影响相对较强。
使用弹簧的静载荷
有些硬度计（特别是便携式系统）使用结合了弹簧系统的静载荷来施加力。这意味着，具体试验力不是通过直接作用的质量施加的，而是通过弹簧施加的，因此力保持恒定且无法改变。与直接作用的质量（砝码）相比，该系统的优势在于其对振动不敏感。
闭环控制
一般来说，闭环控制系统的作用是使指定物理量（控制变量r）达到所需的值（设定值s），并通过测量和调整实际值(i)使其保持在该水平。闭环会持续地执行测量、比较和调整任务。
有关闭环控制系统的更多信息
使用闭环控制的静载荷
通过使用闭环控制的静载荷来施加试验力结合了上述两种技术。这种情况下，部分试验力使用直接作用的质量施加，而其余试验力则使用闭环控制系统施加。静载荷主要用于非常低的试验力，以便可靠地遵循极低的公差限制。
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。
我们产品组合中的相关硬度试验机
DuraJet G5
洛氏硬度计
试验方法
洛氏
超级洛氏试验
塑料测试
碳试验
维氏(HVT)
布氏HBT试验
试验载荷
1 ... 250 kg
试验标准
ISO 6508
ISO 2039
ASTM E18
DIN 51917
产品
DuraScan显微硬度计
维氏实验室硬度计（从手动到全自动）
试验方法
维氏
努氏
布氏
试验载荷
0.00025 – 62.5 kgf
型号
手动试样定位
全自动
全自动和全景摄像机
全自动和全景摄像机以及线性滑板
不带电脑和显示屏的Lite型号
试验标准
ISO 6506
ISO 6507
ISO 4545
ASTM E384
ASTM E92
ASTM E10
产品
DuraVision宏观硬度计
通用硬度试验 - 从手动到全自动
试验方法
维氏
努氏
布氏
洛氏
碳试验
球压痕硬度
试验载荷
0.3 - 250 kg
3 - 3,000 kg
型号
手轮版
电动试验装置
全自动测试序列
不带电脑、显示屏、夹具夹面或转塔的Lite型号。
试验标准
ISO 6506
ISO 6507
ISO 4545
ASTM E384
ASTM E92
ASTM E10
ISO 6508
ASTM E18
DIN 51917
ISO 2039
产品
如果您对邵氏硬度试验和我们的硬度试验机存在任何疑问，
请随时联系我们的硬度试验专家。 我们期待着就您的需求进行探讨。
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有关重要硬度试验方法的附加信息
金属 | 维氏和努氏硬度
ASTM E92
至
ASTM E92
金属 | 维氏硬度
ISO 6507、ASTM E384
至
维氏试验ISO 6507
金属 | 洛氏硬度
ISO 6508、ASTM E18
至
洛氏试验ISO 6508
金属 | 布氏硬度
ISO 6506、ASTM E10
至
布氏试验ISO 6506
金属 | 里氏硬度
ISO 16859、ASTM A965
至
里氏硬度试验，ISO 16859、ASTM A965
金属 | 乔米尼顶端淬透性试验（乔米尼试验）硬度
ISO 642、ASTM A255
至
乔米尼顶端淬透性试验/乔米尼试验
金属 | 硬度表面硬化深度(SHD)、有效硬化深度(DS)
EN 10328
至
表面硬化深度SHD/有效硬化深度DS
金属 | 硬度氮化处理硬化深度(NHD)
至
氮化处理硬化深度NHD DIN 50190-3
金属 | 硬度表面硬化深度(CHD)
ISO 2639
至
表面硬化深度CHD ISO 2639
塑料 | 球压痕硬度和洛氏硬度试验
ASTM D785，ISO 2039-1，ISO 2039-2
至
硬度试验
塑料 | 邵氏硬度试验
ISO 48-4，ASTM D2240
至
邵氏硬度试验
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