硬度检测方法及标准

‘壹’ 硬度标准

洛氏硬度，是在一定负荷下被被测材料表面，由压痕深度求出材料的硬度；布氏硬度，布氏硬度值越小，材料越软。反之，布氏硬度值越大，材料越硬。维氏硬度，用载荷值除以材料压痕凹坑的表面积，即为维氏硬度值。

1.洛氏硬度

洛氏硬度（HR）测试当被测样品过小或者布氏硬度（HB）大于450时，就改用洛氏硬度计量。试验方法是用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为1.59mm/3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕深度求出材料的硬度。

2.布氏硬度

布氏硬度的测定原理是用一定大小的试验力F(N)（通常是以3000kgf的压力F，注：1kgf=9.8N，kgf即一千克的力的意思）,把直径为D（mm）的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面（图1），保持规定时间后卸除试验力，用读数显微镜测出压痕平均直径d(mm)，然后按公式求出布氏硬度HB值，或者根据d从已备好的布氏硬度表中查出HB值。由于金属材料有硬有软，被测工件有厚有薄，有大有小，如果只采用一种标准的试验力F和压头直径D，就会出现对某些工件和材料的不适应的现象。因此，在生产中进行布氏硬度试验时，要求能使用不同大小的试验力和压头直径，对于同一种材料采用不同的F和D进行试验时，能否得到同一的布氏硬度值，关键在于压痕几何形状的相似，即可建立F和D的某种选配关系，以保证布氏硬度的不变性。特点：一般来说，布氏硬度值越小，材料越软，其压痕直径越大；反之，布氏硬度值越大，材料越硬，其压痕直径越小。布氏硬度测量的优点是具有较高的测量精度，压痕面积大，能在较大范围内反映材料的平均硬度，测得的硬度值也较准确，数据重复性强。

3.维氏硬度

单位：kg/mm2简介：维氏硬度英文词条名：Vickers-hardness表示材料硬度的一种标准。由英国科学家维克斯首先提出。以49.03~980.7N的负荷,将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入器压材料表面,保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。维氏硬度尚有小负荷维氏硬度，试验负荷1.961~<49.03N，它适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定；显微维氏硬度，试验负荷<1.961N，适用于金属箔、极薄表面层的硬度测定。HV-适用于显微镜分析。维氏硬度(HV)以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用载荷值除以材料压痕凹坑的表面积，即为维氏硬度值(HV)。

‘贰’ 金属硬度实验方法国家标准

现行有效的关于金属硬度实验方法国家标准有：
CSM 01 01 02 06-2006金属洛氏硬度试验(HRC)测量结果不确定度评定
CSM 01 01 02 07-2006金属布氏硬度试验测量结果不确定度评定
CSM 01 01 02 08-2006 金属维氏硬度试验测量结果不确定度评定
CSM 01 01 02 09-2006金属里氏硬度试验测量结果不确定度评定
GB/T 17394-1998金属里氏硬度试验方法
GB/T 18449.1-2009 金属材料 努氏硬度试验 第1部分：试验方法
GB/T 18449.2-2001金属努氏硬度试验 第2部分：硬度计的检验
GB/T 18449.3-2001金属努氏硬度试验 第3部分：标准硬度块的标定
GB/T 18449.4-2009 金属材料 努氏硬度试验 第4部分：硬度值表
GB/T 230.1-2009金属材料 洛氏硬度试验 第1部分：试验方法（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺）
GB/T 230.2-2002金属洛氏硬度试验 第2部分: 硬度计(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)的检验与校准
GB/T 230.3-2002金属洛氏硬度试验 第3部分: 标准硬度块(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺）的标定
GB/T 231.1-2009 金属材料 布氏硬度试验 第1部分：试验方法
GB/T 231.2-2002金属布氏硬度试验 第2部分：硬度计的检验与校准
GB/T 231.3-2002金属布氏硬度试验 第3部分: 标准硬度块的标定
GB/T 231.4-2009金属材料布氏硬度试验第4部分：硬度值表
GB/T 24523-2009 金属材料快速压痕（布氏）硬度试验方法
GB/T 2654-2008焊接接头硬度试验方法
GB/T 3849.2-2010 硬质合金洛氏硬度试验（A标尺）第2部分：标准试块的制备和校准
GB/T 4340.1-2009金属材料 维氏硬度试验 第1部分：试验方法
GB/T 4340.2-1999金属维氏硬度试验 第2部分：硬度计的检验
GB/T 4340.3-1999金属维氏硬度试验 第3部分：标准硬度块的标定
GB/T 4340.4-2009金属材料 维氏硬度试验 第4部分：硬度值表
GB/T 4341-2001金属肖氏硬度试验方法
GB/T 4909.8-2009 裸电线试验方法 第8部分：硬度试验 布氏法
GB/T 7997-1987硬质合金维氏硬度试验方法
YS/T 420-2000铝合金韦氏硬度试验方法
YS/T 471-2004铜及铜合金韦氏硬度试验方法

‘叁’ 硬度是什么其指标有哪两种

金属材料表面抵抗其它更硬物体压人的能力称为硬度。常用的硬度指标有布氏硬度(HBS或I-HBW)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRc)、维氏硬度(Hv)及肖氏硬度(HS)。

‘肆’ 硬度的检测方法有哪几种，各自的检测范围都是什么

硬度：是指金属表面抵抗其它更硬物体压入的能力。按照测量方法的不同,可分为布氏硬度/洛氏硬度/维氏硬度/肖氏硬度等。
一、 布氏硬度HB
布氏硬度是用一定的负荷（一般为3000kg），把一定硬度的淬硬钢球（常用10、5、2.5毫米）压入材料表面，然后用所加的负荷除以材料上球印的表面积，所得结果就是布氏硬度值，单位是公斤/平方毫米,但习惯上不予标注。按照GB231-84<金属布氏硬度试验方法>,用淬火钢球所测出的硬度用HBS表示;用硬质合金球为压头所测出的硬度值为HBW.HBS适用于测量退火/正火/调质钢及铸铁/有色金属及硬度小于450HBS的较软材料;HBW适用于测量硬度在450~650HBW之间的淬火材料.
1、优点：由于被测金属压坑面积较大，所以结果比较准确。同时实践证明HB与不淬火钢抗拉强度σb有一定的近似关系，对于低碳钢σb=3.53HB，中碳钢σb=3.5HB，高碳钢σb=3.33HB，灰铸铁σb=0.98HB，（σb单位为Mpa）因此根据材料的布氏硬度值，可以近似地确定金属材料的抗拉强度。
2、缺点：不适合测量HB大于450的材料，因为材料的硬度太高容易引起钢球变形，使得测量结果不准确。同时由于压印较大，不适合测定成品和薄板材料。
二、洛氏硬度HR
洛氏硬度是用120度圆锥形金刚石压入器或直径为1.59毫米的淬硬钢球作为压头,在一定的负荷的作用下压入材料的表面上,用压入的深度来计算材料硬度的大小。洛氏硬度没有单位。根据所采用的负荷不同，洛氏硬度又分为三种
1、HRA测量硬度很高或硬而薄的HB大于700的金属，如硬质合金表面处理工件等，负荷为60公斤及120o金钢锥）；
2、HRB测量较软的退火件及铜、铝及HB=60~230的金属，负荷为100公斤及ф1.588mm钢球；
3、HRC一般用于测量HB=230~700的调质钢或淬火回火后的工件，负荷为150公斤及120o金钢锥；
优点：使用方法简便，可以直接从刻度盘上直接读出数值。由于压印较小，适合测定成品和薄板材料。
缺点：由于压印小，所以不准确，一般多测几点，然后取平均值。
以上三种洛氏硬度中一HRC应用最多，一般经淬火处理的钢材均用它。
洛氏硬度HRC与布氏硬度HBS之间的关系约为高硬度时 HRC1/10HB；
三、 维氏硬度HV和显微硬度
测定维氏硬度的原理基本与布氏硬度相同，区别在于压头采用锥面夹角为136度的金刚石正四棱锥体，单位是公斤/平方毫米，一般不予标出。
维氏法所用载荷较小。压痕浅，适用于测量零件薄的表面硬化层、金属镀层及薄片金属的硬度，这是布氏和洛氏所不及的。此外,因压头是金刚石角锥，载荷可调范围大，故对软硬材料均适用，测定范围0~1000HV。
较新的国家标准为GB/T4340.1-1999《金属维氏硬度试验第一部分：试验方法》
用布氏、洛氏、维氏的硬度试验法，载荷大、压痕面积大，只能得到金属材料组织混合物的平均硬度值，当需要测定某个相或某个晶粒硬度时，就要用到显微硬度。
显微硬度试验法的原理与维氏相同，也是以载荷与压痕表面积之比来确定。不同的是所采用的载荷极小，一般在1~120gf(1gf=0.0098N)，显微硬度值也可用HV来表示。
四、肖氏硬度HS
肖氏硬度试验是动态力试验中最简单的试验方法。试验时，使一定重量的标准冲头（底端镶有金刚石圆柱体）或钢球从一定高度自由落于试样表面，然后由于试样的弹性变形，又使其回跳到一定高度，可用落下的高度与回跳的高度的比值来计算肖氏硬度值HS。它取决于材料的弹性性质。因此又被称为弹性回跳硬度。

‘伍’ 硬度测试标准

法律分析：所谓硬度，就是材料抵抗更硬物压入其表面的能力。根据试验方法和适应范围的不同，硬度单位可分为布氏硬度、维氏硬度、洛氏硬度、显微维氏硬度等许多种，不同的单位有不同的测试方法，适用于不同特性的材料或场合。国家标准如下：

GB/T 4341-2001 金属肖氏硬度试验方法 2002-05-01实施,代替GB/T 4341-1984

GB/T 9966.5-2001 天然饰面石材试验方法第5部分:肖氏硬度试验方法 2002-08-01实施,代替GB/T 9966.5-1988

GB/T 231.2-2002 金属布氏硬度试验第2部分:硬度计的检验与校准 2003-05-01实施,代替GB/T 6269-1997

GB/T 231.3-2002 金属布氏硬度试验第3部分:标准硬度块的标定 2003-05-01实施,代替GB/T 6270-1997

GB/T 17394-1998 金属里氏硬度试验方法 1998-12-01实施

GB/T 18449.2-2001 金属努氏硬度试验第2部分:硬度计的检验 2002-05-01实施

GB/T 18449.3-2001 金属努氏硬度试验第3部分:标准硬度块的标定 2002-05-01实施

GB/T 3854-2005 增强塑料巴柯尔硬度试验方法 2005-12-01实施,代替GB/T 3854-1983

GB/T 5766-2007 摩擦材料洛氏硬度试验方法 2008-06-01实施,代替GB/T 5766-1996

GB/T 2654-2008 焊接接头硬度试验方法 2008-09-01实施,代替GB/T 2654-1989

GB/T 531.1-2008 硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法（邵尔硬度） 2008-12-01实施

GB/T 13313-2008 轧辊肖氏、里氏硬度试验方法 2009-05-01实施,代替GB/T 13313-1991

GB/T 1941-2009 木材硬度试验方法 2009-08-01实施,代替GB/T 1941-1991

GB/T 4909.8-2009 裸电线试验方法第8部分：硬度试验布氏法 2009-12-01实施

GB/T 531.2-2009 硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第2部分：便携式橡胶国际硬度计法 2009-12-01实施,代替GB/T 531-1999

GB/T 4-2009 精细陶瓷室温硬度试验方法 2009-12-01实施,代替GB/T 4-1996

GB/T 231.4-2009 金属材料布氏硬度试验第4部分：硬度值表 2010-04-01实施

GB/T 230.1-2009 金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺） 2010-04-01实施,代替GB/T 230.1-2004

GB/T 18449.4-2009 金属材料努氏硬度试验第4部分：硬度值表 2010-04-01实施

GB/T 4340.4-2009 金属材料维氏硬度试验第4部分：硬度值表 2010-04-01实施

GB/T 18449.1-2009 金属材料努氏硬度试验第1部分：试验方法 2010-04-01实施,代替GB/T 18449.1-2001

GB/T 24523-2009 金属材料快速压痕（布氏）硬度试验方法 2010-05-01实施

GB/T 7997-1987 硬质合金维氏硬度试验方法 1988-03-01实施

GB/T 3849.2-2010 硬质合金洛氏硬度试验（A标尺）第2部分：标准试块的制备和校准 2011-11-01实施

GB/T 27552-2011 金属材料焊缝破坏性试验焊接接头显微硬度试验

GB/T 9790-1988 金属覆盖层及其他有关覆盖层维氏和努氏显微硬度试验 1989-09-01实施

法律依据：《金属表面洛氏硬度试验方法》 第一部分 GB/T 230的本部分规定了金属材料洛氏硬度和表面洛氏硬度试验的原理、符号及说明,试验设备﹑试样、试验程序﹑结果的不确定度及试验报告。

值得注意的是硬质合金球形压头为标准型洛氏硬度压头。如果在产品标准或协议中有规定时,允许使用钢球压头。

‘陆’ 硬度测试的测试方法

测试原理
在规定的加荷时间内，在受试材料上面的钢球上施加一个恒定的初负荷，随后施加主负荷，然后在恢复到相同的初负荷。测量结果是由钢球压入材料的总深度，减去卸去主负荷后规定时间内的弹性恢复以及初负荷引起的压入深度。
术语及定义
洛氏硬度标尺每一分度表示压头垂直移动0.002mm。洛氏硬度值由下式求出：
HR=130-e/0.002
HR—洛氏硬度值
e－主负荷卸除后的压入深度 测试程序
邵氏A型硬度测试方式：
使用邵氏A型硬度机测试，测试时需注意按照标准。
按照标准，测试环境须在标准状态下(23±2℃，50±5% R.H) 进行，且测试前试片须在标准状态下放置40小时以上。测试时，将试片置于硬度试验机平台上。调整使压针头与试样表面的距离至25.4±2.5mm，然后，施加合适力度（不冲击被测物）使压针头压在试样上。待完全压下，与测试物接触1秒内，立即读取刻度值到整数字并记录其结果。（根据不同的标准，读数时间有不同）
为了让数值准确，需量取5处且每处相距6mm以上。（部分标准取平均值作为硬度，部分取中间值）
若试验结果低于10或高于90则不适用此硬度试验机。大于90时改用邵D型硬度计。
邵氏D型硬度计：
测试方法和A型一致，但若试验结果低于20或高于90则不适用此硬度试验机。低于20时，改用邵A型硬度计。
简单来讲，邵氏A测试比较软的材料（如橡胶），邵氏D测试比较硬的材料（如塑料）。 测试原理
将压头（金刚石圆锥、钢球或硬质合金球）分两个步骤压入试样表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，测量在初试验力下的残余压痕深度h，根据h值及常数N和S计算洛氏硬度。
术语及定义
洛氏硬度=N-h/S
术语及定义Terms and Definition
初始试验力-------试验时预加载试验力。
主试验力-------使测量样品产生残余压痕的加载。
总试验力-------初始试验力加上主试验力。
测试程序
洛氏硬度应选择在较小的温度变化范围内进行，因为温度变化可能会对试验结果有影响。所以试验一般规定在10～35℃的室温进行。试样应平稳地放置在刚性支承物上，并使压头轴线与试样表面垂直。避免试样产生位移。使压头与试样表面接触，在无冲击和振动的情况下施加试验力，初试验力保持不应超过3秒。将测在不小于1s且不大于8s的时间内，从初试验力增加到总试验力，并保持4s±2s，然后卸除主试验力，保持初试验力，经过短暂稳定后，进行读数。为了读书准确，在试验过程中，硬度计应避免受到任何冲击和震动。
在多处取值时，两相邻压痕中心间距离至少应为压痕直径的 4倍，但不得小于2mm。任一压痕中心距试样边缘距离至少应为压痕直径的2.5倍， 但不得小于1mm。 测试原理
对一定直径的硬质合金球施加试验力压入试样表面，经规定保持时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕的直径。布氏硬度与试验力除以压痕表面积的商成正比。压痕被看作是具有一定半径的球形，其半径是压头球直径的二分之一。
术语及定义
试验力——试验时所用的负载。
压痕平均直径——两相互垂直方向测量的压痕直径的算术平均值。
球直径——压头中硬质合金球的直径。
测试程序
一般试验在10～35℃的室温进行即可，如果有对温度要求严格的试验（视乎材料对温度的敏感性），试验温度应为23℃±5℃。
试验力的选择应保证压痕直径在0.24D～0.6D之间。试验力－压头球直径的平方的比率鞋（1.02F/D2比值）应根据材料和硬度值选择。
为了保证在尽可能大的有代表性的试样区域试验，应尽可能选取大直径的压头；当试样尺寸允许时，应优先使用直径为10mm的球压头进行试验。
使压头与试样表面垂直接触，垂直于试验面施加试验力，加力过程中不应有冲击和震动，直至将试验力施加至规定值。
试验力保持时间为10～15秒。对特殊材料，试验力保持时间可以延长，但误差应在±2秒。
任一压痕中心距试样边缘距离，至少为压痕平均直径的2.5倍。相邻压痕中心间的距离至少为压痕直径的3倍。应在两相互垂直方向测量压痕直径，用两个读数的平均值计算布氏硬度。（或按GB/T 231.4查得布氏硬度值）
布氏硬度试验范围上限不大于650HBW 。 测试原理
将顶部两相对面具有规定角度的正四棱锥体金刚石压头用试验力压入试样表面，保持规定时间后，卸
除试验力，测量试样表面压痕对角线长。维氏硬度值是试验力除以压痕表面积所得的商，压痕被视
为具有正方形基面并与压头角度相同的理想形状。
术语及定义
试验力------试验时所用的负载。
压痕对角线------卸载后，压头在被测样品表面留下的方形或菱形压痕的对角线。
压头夹角------压头顶部两相对面的夹角。
测试程序
试验一般在10～35℃的室温进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为23℃±5℃。根据试样厚度和硬度选择试验力。使压头与试样表面垂直接触，垂直于试验面施加试验力，加力过程中不应有冲击和震动，直至将试验力施加至规定值。试验力保持时间为10～15秒。对特殊材料，试验力保持时间可以延长，直至试样不再发生塑性变形，但误差应在±2秒。
应测量压痕两条对角线长度，用其算术平均值或通过查表得到硬度值。
放大系统应能将对角线放大到视场的25%～75%。 术语及定义
试验力——试验时所用的负载。
压痕对角线——卸载后，压头在被测样品表面留下的方形或菱形压痕的对角线。
压头夹角——压头顶部两相对面的夹角。
测试程序
试验一般在10～35℃的室温进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为23℃±5℃。根据试样厚度和硬度选择试验力。使压头与试样表面垂直接触，垂直于试验面施加试验力，加力过程中不应有冲击和震动，直至将试验力施加至规定值。保持试验力的时间为10～15秒。对特殊材料，试验力保持时间可以延长，但误差应在±2秒。

‘柒’ 金属材料硬度测试测试项目及测试标准

金属的硬度，是指金属表面局部体积内抵抗因外物压入而引起的塑性变形的抗力，硬度越高表明金属抵抗塑性变形的能力越强，金属产生塑性变形越困难。硬度试验方法简单易行，又无损于零件。实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系，机械、机械工艺或金属材料的手册上面一般都有换算关系表。
[布氏硬度hb]
布氏硬度是用载荷为p的力把直接d的钢球压入金属表面，并保持一定的时间，测量金属表面上的压痕直径d，据此计算出的压痕面积ab，求出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，叫布氏硬度，记作hb.
hb=p/ab=p/(πdh)=2p/(πd(d-sqd(d2-d2)))
单位：p-kgf,d,h-mm
对钢来说，一般选用的钢球d为10mm，载荷p为3000kgf,压入时间为10秒。试验所得直径d应在0.25d-0.6d的范围内。布氏硬度的使用上限是hb450，适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。
[洛氏硬度hr]
洛氏硬度是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，可以直接读出硬度值，不损伤工件表面，可测量的硬度范围较宽。但洛氏硬度也有一些缺点，如因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离度大，再现性较差。
洛氏硬度(hr)也是用压痕的方式试验硬度。它是用测量凹陷深度来表示硬度值。洛氏硬度试验用的压头分硬质和软质两种。硬质压头为顶角为120º的金刚石圆锥体，使用于淬火钢等硬的材料。hra以60kgf的负荷试验，硬度有效范围是>70，适用于硬质合金、表面淬火层及渗碳层;hrc以150kgf的负荷试验，硬度有效范围是20-67(相当于hb230-700)，适用于淬火钢及调质钢。
软质压头由直径1.588mm(1/16")的钢球制成，使用于退火钢、有色金属等，以hrb表示，硬度有效范围是25-100（相当于hb60-230)。
这三种洛氏硬度在表盘上刻度的颜色有所规定，hra和hrc为黑色刻度，hrb为红色刻度。
[维氏硬度hv]
维氏硬度也是利用压痕面积上单位应力作为硬度值计量。维氏硬度所使用的压头是锥面夹角为136º的金刚石四方锥体。
试验时，在载荷p的作用下，在试样试验面上压出一个正方形压痕。测量压痕两对角线的平均长度d，借以计算压痕面积av，以p/av的数值表示试样的硬度，以hv表示。
hv=p/av=1.8544p/d2
载荷p的大小可根据试样的不同选择，一般为5-100kgf。
一般硬度测量方法对应的处理范围：
1.
hra:(洛氏a)用于量测热处理硬质钢材、氮化物、渗碳冶炼物、轴承钢、工具钢及其它软硬材质的硬度测试。
2.
hk:(knoop
努氏)用于量测较软材质的钢及非铁材料之硬度。
3.
hrc:(rockwell
c洛氏)用于量测热处理钢材、氮化物、渗碳冶炼物、轴承钢、工具钢等。
4.
hrb:(rockwell
b洛氏)用于量测较软材质的钢及非铁材料之硬度。
5.
hr30t:(rockwell
30t洛氏)
用于量测较软材质的钢及非铁材料之硬度。
6.
hb5:(brinell
布氏5)用于量测铝、软质铝合金、铸铁、铜、黄铜等。
7.
hb30:(brinell
布氏30)用于热处理钢、退火深冷处理钢材、冲拉材料钢、深冲钢带料等。
8.
hv:(vickers维氏)适用于量测各类材料。
9.
r:(tensile
mole拉伸模数
n/mm2)用于热处理钢、退火深冷处理钢材、冲拉材料钢、深冲钢带料等。
10.
hr15n:(rockwell
洛氏hr15n)用于量测热处理硬质钢材、氮化物、渗碳冶炼物、轴承钢、工具钢等。