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硬度是材料抵抗局部塑性变形或压入能力的综合性能指标，其大致可通过多种测试技巧反映，不同技巧适用于不同材料和场景。下面内容是常见的硬度表征方式及原理：

一、压入法（直接反映材料抗变形能力）

• 布氏硬度（HB）

  • 原理：用淬硬钢球或硬质合金球在一定载荷下压入材料表面，通过测量压痕直径计算单位面积承受的载荷值（HB = 载荷/压痕表面积）。
  • 特点：压痕较大，结局稳定，适用于软金属（如铝、铜）和较大工件，但不适合高硬度材料或薄片。
  • 公式：\( HB = \fracP}\pi D h} \)（\( D \)为钢球直径，\( h \)为压痕深度）。

• 洛氏硬度（HR）

  • 原理：通过金刚石圆锥或钢球压头在初载荷和总载荷下压入材料，测量压痕深度差计算硬度值（如HRC = 100 – e，e为压痕深度增量）。
  • 特点：操作简便，压痕小，适合成品检测，分HRA、HRB、HRC三种标尺，其中HRC用于淬火钢等高硬度材料。
  • 应用：HRC硬度范围20-67，对应布氏硬度HB225-650。

• 维氏硬度（HV）

  • 原理：用顶角136°金刚石四棱锥压头施加载荷，通过压痕对角线长度计算单位面积载荷（HV = 载荷/压痕表面积）。
  • 特点：精度高，适用于薄层、小区域或显微组织分析，载荷范围广（5-120kg），可测硬度高达HV4000。

二、回跳法（反映材料弹性变形能力）

• 肖氏硬度（HS）

  • 原理：用金刚石冲头自在下落冲击材料表面，通过回弹高度与下落高度的比值计算硬度（HS = 回弹高度/下落高度 × 1000）。
  • 特点：便携，适合大型工件或现场检测，但精度较低。

• 里氏硬度（HL）

  • 原理：通过冲击装置测量冲击速度与回弹速度的比值（HL = 1000 × 回弹速度/冲击速度），自动换算为其他硬度值。
  • 特点：非破坏性，适用于复杂形状工件，可转换至HRC、HB等标尺。

三、划痕法（反映材料抗断裂能力）

• 摩氏硬度
  • 原理：通过矿物间相互刻划比较硬度，分为10级（滑石为1，金刚石为10），主要用于矿物学。
  • 扩展：新摩氏硬度计细化至15级，涵盖更多材料类型。

四、硬度与其他性能的关系

• 与强度的近似换算

  • 布氏硬度与抗拉强度存在经验关系：\( \sigma_b \approx K \times HB \)，如低碳钢\( K \approx 0.36 \)。
  • 洛氏HRC与HB的换算：\( 1 HRC \approx 0.1 HB \)（高精度需查表）。

• 综合性能体现

  • 硬度值反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等综合性能。例如，高硬度材料（如淬火钢）通常耐磨性好，但脆性较高；塑性材料（如低碳钢）硬度较低但延展性优异。

五、选择测试技巧的关键影响

• 材料类型：软金属用布氏（HB），高硬度材料用洛氏（HRC），薄层用维氏（HV）。
• 检测需求：成品检测优先洛氏或里氏，实验室精密分析用维氏。
• 标准要求：如航空航天领域需符合ASTM E140或GB/T 1172换算标准。

硬度大致通过压痕、回弹或划痕等方式间接反映材料的力学性能。压入法（HB、HR、HV）直接量化抗变形能力，回跳法（HS、HL）侧重弹性，划痕法（摩氏）适用于矿物。实际应用中需结合材料特性和检测目的选择合适技巧，必要时通过换算表或公式统一标准。