材料检测和硬度测试的作用及重要性

硬度适用于大部分材料，特别是金属，这种价值、直观有效、广泛应用的机械试验法已经以各种形式应用了 250多年。当然，作为一种材料特性，其价值和重要性不可低估，硬度测试的信息通常需要与其他材料检定技术（如拉力或压力）一起使用，以提供关键的性能信息。

材料检测和硬度测试的作用和重要性？试想材料测试和硬度测试为结构分析、航空航天、汽车制造、质量控制、失效分析和其他生产领域和行业提供的信息及其重要意义。测定这些材料特性能确保我们深入研究从原料、制备试样到zui终产品的各类组件的耐久性、强度、弹性和性能。

硬 度测试是广泛采用的材料检测技术。它操作简单，通常只产生zui少的破坏或*不会破坏材料，而且与其他材料检定设备相比，大部分硬度测试仪器并不昂贵。此 外，它通常能直接在组件上进行测试而，无需重大改装。虽然随着电子时代和电脑时代的进步，测试技术和硬件水平都显著提高，但早期的硬度测试技术仍包括简单 的划痕试验。这些试验需要采用一根硬度从一端到另一端递增的棒材。测试材料的水平面会在棒材上形成一道划痕，它是试样硬度的决定因素。后来的硬度测试法改 为使用金刚石划片划擦材料表面，然后测量产生线条的宽度，再后来，又采用在试验力作用下的钢球在材料表面产生压痕。随着制造需求日益增长，工业化程度 不断提高，人们研发了更、更有效的设备和硬度测试法。要确定一种准确有效的硬度测试法，以满足繁重的制造需求，确保进行结构失效分析和设计结构完善的 材料，以充分融入日益增长的基础设施建设。近年来，由于硬件、电子和软件技术的飞速发展，出现了更*的硬度测试设备，它们能更快速、更可靠、更 地运行，并提供极有价值的信息和特性数据。

到底什么是压痕硬度测试？zui 基本和zui常用的定义是材料抗*塑性变形的能力。虽然其他硬度测试技术（如回跳高度测试、电磁和超声测试）也在各类应用环境下使用，并通过其他技术测量材 料硬度，但压痕硬度测试能提供可靠、直观和易于理解的试验结果。它要求在规定的时间内，采用一定的试验力，将具有规定几何外形和特性的压头压入材料表面， 然后测量压入深度或压痕尺寸。测试的材料越柔软，压入深度或压痕尺寸就会更大。常用的硬度测试法包括洛氏（压痕深度或未复原的压痕）、努氏/维 氏和布氏（压痕面积）硬度测试法。洛氏硬度测试能快速产生结果，因此这种方法zui常用，它通常用于测试金属和合金材料。努氏和维氏硬度测试更适合测试薄材、 镀层和金相镶样。布氏硬度测试一般用于测试铸铁、大型钢构架和铝材。在使用手持设备时，有些硬度测试能在几秒内完成。硬度测试产生的压痕要么可以磨平，要 么非常小，所以不会影响组件的性能或外观。由于能对组件直接进行测试，所以在向客户发货前，可以检查每件产品或对产品进行抽查。

这些常用的硬度测试如何进行？洛 氏硬度测试以初始试验力产生的压痕深度测量值和总试验力产生的额外深度测量值之间的反比关系为依据。先施加初始试验力，确定基准零位。然后在规定时间内施 加并消除总试验力，保留施加的初始试验力。产生的洛氏硬度数表示施加总试验力后，与基准零位之间的压痕深度差。整个测试过程只需几秒钟，测试塑料zui长只需 15 秒。用户能快速直接获取洛氏硬度测试的结果，无需再次进行尺寸测量。zui常用的压头是用于测试硬化钢和碳化物的 120 度金刚石锥体。通常使用直径在 1/16” - 1/2”之间的碳化钨球测试更柔软的材料。洛氏硬度标尺由压头和试验力的组合构成。这些组合能构成 30 种不同的标尺，并采用实际硬度数加字母 HR 和单独标尺表示。记录的硬度数 HRC 63 表示洛氏硬度 C 级 63。数值越高，表示材料越硬，如硬化钢或碳化钨。它们的 HRC 硬度值超过 70 HRC。洛氏硬度测试的试验力可通过闭环称重传感器或传统的静载荷系统施加。

这 些常用的硬度测试如何进行？洛氏硬度测试以初始试验力产生的压痕深度测量值和总试验力产生的额外深度测量值之间的反比关系为依据。先施加初始试验力，确定 基准零位。然后在规定时间内施加并消除总试验力，保留施加的初始试验力。产生的洛氏硬度数表示施加总试验力后，与基准零位之间的压痕深度差。整个测试过程 只需几秒钟，测试塑料zui长只需 15 秒。用户能快速直接获取洛氏硬度测试的结果，无需再次进行尺寸测量。zui常用的压头是用于测试硬化钢和碳化物的 120 度金刚石锥体。通常使用直径在 1/16” - 1/2”之间的碳化钨球测试更柔软的材料。洛氏硬度标尺由压头和试验力的组合构成。这些组合能构成 30 种不同的标尺，并采用实际硬度数加字母 HR 和单独标尺表示。记录的硬度数 HRC 63 表示洛氏硬度 C 级 63。数值越高，表示材料越硬，如硬化钢或碳化钨。它们的 HRC 硬度值超过 70 HRC。洛氏硬度测试的试验力可通过闭环称重传感器或传统的静载荷系统施加。

另一种常见的硬度测试法，布氏硬度测试要求使用直径 2.5、5 或 10mm 的碳化钨球，在规定的时间（10 – 30 秒）内施加恒定的荷载或试验力，通常介于 500 和 3000Kgf 之 间。试验力加载的时间必须确保金属的塑性流动停止。在特殊应用条件下，有时需要使用更小的试验力和直径更小的碳化钨球。与努氏和维氏硬度测试相似，布氏硬 度测试只需施加一次试验力。取消试验力后，需使用小功率显微镜或自动测量设备以毫米为单位测量产生的圆形压痕。布氏硬度测试通常用于测试铝和铜合金（以较 小试验力）以及钢和铸铁（以较大试验力）。布氏硬度测试法通常不能测试淬火钢，但它非常适合测试特定材料的表面处理层，因为它采用更大的压头和试验力，所 以不受材料表面条件的影响。布氏硬度计通常用于测试大型零件，如发动机铸件和大口径管道。

硬 度测试在进行材料检测、质量控制和组件验收时发挥了重要作用。我们依靠这些数据来验证热处理影响、结构完整性和组件质量，以确定材料是否具备用途要求 的特性。确立硬度结果和所需的材料特性之间的相关性可实现这一目的，并能使硬度测试技术在工业和科研领域发挥更重要的作用，并确保我们的日常用品中采用的 材料不仅设计精妙、实用，而且安全可靠。