硬度试验和硬度试验方法

硬度的定义硬度取决于什么?测量硬度硬度测试方法说明任务和目标通用标准按负载范围分类历史

1900年左右，马丁斯对硬度测试提出了如下定义:技术硬度是用来描述材料或材料状态的力学特性。

硬度不能直接测量，而是由主要测量变量(例如测试载荷、压痕深度、压痕面积)得出。根据不同的测试方法，硬度值可由以下方法之一确定:

测试负载和表征压痕硬度的几何值之一(例如压痕深度)
仅通过一个长度来表征缩进
通过不同的材料反应(例如抗划伤)

硬度的定义

硬度是一种材料(试样)对另一种较硬物体(压头)的机械压痕的机械抗力。
最坚硬的天然材料是金刚石，用于压头(工业金刚石)。
硬度的定义不同于强度的定义，强度是材料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性质。然而，某些材料在一定的硬度范围内移动。硬度可以通过加热改变，这意味着工件在经过热处理后具有不同的(更高的)硬度值。

硬度没有明确的定义值。在硬度试验中确定的硬度值取决于:

所选择的测试方法
施加在压头上的测试负载
压头在材料中的时间长度
压头几何形状
工件的几何形状

硬度是如何测量的?

静力法是金属硬度试验的主要方法。测量压痕深度或压痕大小。对于硬度测试中的静态方法，深度测量方法和光学测量方法是有区别的。

深度测量方法测量压头的剩余压痕深度。的罗克韦尔方法是唯一标准化的深度测量方法(见ISO 6508， astm e18)。除此之外，还有非标准化的深度测量方法:布氏和维氏深度测量(HBT, HVT)。

光学测量方法测量压头的剩余压痕大小。标准光学硬度测试方法包括布氏硬度试验(ISO 6506, ASTM E10)，努普硬度试验(ISO 4545, ASTM E92, ASTM E384)和18beplay (iso 6507, astm e92, astm e384)。

另外，在硬度测试范围内也可以使用动态施加力的方法。这些包括，例如，里氏反弹硬度测试方法/里氏硬度试验，用于测量压头的反弹高度。

硬度测试目的

材料测试领域内的硬度测试

今天,硬度测试是应用最广泛的方法之一吗机械材料测试，尤其是金属．
一方面，这种测试方法可用于发现与其他材料性能(如强度、刚度、密度)或与材料在一定应力下的行为(如耐磨性)的定性关系。
另一方面，硬度测试是一种相对简单和快速的方法;它造成的破坏相对较小，也就是说，只在标本表面留下轻微的表面损伤。
它还提供了一个质量控制选项(进出境货物检查)。广泛的试样几何形状也可以测试使用硬度测试方法。

硬度测试任务和目标

硬度测试是区分材料，以及在基础研究(材料科学、材料工程、材料诊断)框架内分析、开发和改进材料和技术的重要辅助手段。
它用于确定特征值(硬度值)，这对于材料在工业应用中的使用(材料对技术相关组件的适用性)，在质量保证范围内的控制过程中的接受度(进出库货物检查)，材料的区分(例如，材料的混合)和损坏情况的澄清(损坏分析)至关重要。

硬度测试方法概述

硬度试验方法
静力施加			动态施力
一个带有硬金属球或锥形/金刚石金字塔的压头被垂直压入置于坚实支撑上的测试样品表面。试验载荷是无冲击施加的定义的应用程序和曝光时间。			动态施加力的方法主要用于大型部件的硬度测试。
压痕光学测量在去除工作负荷后测量压痕。长度测量值(对角线，直径)用于计算硬度值。	深度测量方法压痕深度是在试验载荷下或去除附加试验载荷后测量的。		能量测量测量冲击和反弹速度(或高度)。
18beplay 高压布氏硬度HBW 努香港	恒定测试负载下的测量仪器压痕试验Martens嗯球压痕硬度根据Vickers HVT的改进方法	在预紧力下测量拆除后的额外的测试负载罗克韦尔(a, b, c, d, e, f, g, h, k, n, t, w, x, y) 罗克韦尔(R, L, M, E, K， α) 根据Brinell HBT的改进方法	里氏霍奇金淋巴瘤回弹硬度(如:硬纹硬度)

区分静态和动态硬度测试方法

硬度测试任务和目标

硬度测试是区分材料，以及在基础研究(材料科学、材料工程、材料诊断)框架内分析、开发和改进材料和技术的重要辅助手段。

它用于确定特征值(硬度值)，这对于材料在工业应用中的使用(材料对技术相关组件的适用性)，在质量保证范围内的控制过程中的接受度(进出库货物检查)，材料的区分(例如，材料的混合)和损坏情况的澄清(损坏分析)至关重要。

区分静态和动态硬度测试方法

技术领域常用的硬度测试方法，原则上分为静态施加力的方法和动态施加力的方法。对于主要用于金属硬度测试的静态方法，测试负载缓慢增加。这意味着它在某一标准规定的最短时间内(见下图)平稳地应用，没有突然的移动。另一方面，对于动态方法，试验载荷是突然施加的，使试样受到冲击载荷。

金属静态硬度试验方法的鉴别标准

静态硬度试验方法的鉴别标准

金属硬度试验主要采用施加静力的方法。这些可根据以下标准加以区分:

压头形状(球形、金字塔形或锥形)
压头材质(淬火钢、硬质金属或金刚石)
施加在试样上的试验载荷的大小
评估类型:测量压痕深度(深度测量法)或压痕大小(光学测量法)由压痕器创建。

根据载荷范围对硬度试验进行分类

在硬度测试领域，根据应用场合使用不同的主载荷(试验力)。根据硬度测试过程中施加在试样上的主载荷有多高，在ISO范围内，可以区分微观、低载荷或宏观硬度测试。

在宏观范围内(传统硬度范围)，使用≥5 kgf的大试验载荷进行测试，这也导致试样上相应的大硬度压痕。宏观范围内的硬度测试方法包括布氏、维氏和洛氏。

低负载范围内的硬度测试适用于测试负载介于0.2 kgf和5 kgf之间(测试负载≥0.2 kgf和< 5 kgf)。最常用的低负荷法是维克斯法。低负荷硬度测试主要用于小零件、厚涂层和低硬度材料的测试。

在试样上产生小压痕的< 0.2 kgf的小测试负载用于显微硬度测试(最常用的方法:维氏)。因此，显微范围内的硬度测试可用于确定薄涂层的硬度，例如，单个晶体或夹杂物的硬度。

硬度试验。负载应用变化

带重量的恒载

在过去，硬度试验机的试验力是用使用砝码的恒载．这意味着一个特定的试验力是通过一个直接作用的质量施加的。测试力通常可以通过杠杆机构或通过改变重量来调节。
对于差深法(如罗克韦尔法)，预紧力和主载荷是通过主载荷的附加权重耦合施加的。
这种结构的恒载系统通常带有阻尼元件，以便能够在不产生冲击的情况下施加测试力。即便如此，由于系统类型的原因，无法避免试验力的超测。此外，振动和冲击对硬度测量有相对较大的影响。

弹簧恒载

一些硬度计，特别是便携式系统，使用与弹簧系统相结合的静载荷施加力这意味着特定的测试力不是通过直接作用的质量施加的，而是通过弹簧施加的，因此力保持不变，不能改变。与直接作用的质量(重量)相比，该系统的优点是对振动不敏感。

闭环控制

一般来说，闭环控制系统用于将指定的物理量(控制变量r)提高到期望值(设定值s)，并通过测量和调整实际值(i)将其维持在这一水平。闭环连续执行测量、比较和调整任务。

更多关于闭环控制系统的信息

恒载闭环控制

用武力施加恒载闭环控制结合这两种技术。在这种情况下，测试力的一部分是用直接作用的质量施加的，其余的测试力是用闭环控制系统．恒载主要用于非常低的测试力，以可靠地符合极低的公差极限。

硬度测试的历史

1722: R. a . Réaumur开发了一种用钢刮划矿物表面的方法。
1822:发明了用于矿物测试的莫氏刻度。这是一个10点划痕硬度量表，其中每种材料都可以使用下一个硬度更高的材料进行划痕。莫氏硬度值
至今仍用于矿物学，但不适用于测定技术材料(金属)的硬度。个体硬度阶跃相对较大，且有不同的间隔。

摩氏硬度	矿物类型	维氏硬度(HV)
1	滑石	2高压
2	石膏	35高压
3.	方解石	100年高压
4	萤石	200年高压
5	磷灰石	540年高压
6	正长石	800年高压
7	石英	1100年高压
8	黄玉	1400年高压
9	刚玉	2000年高压
10	钻石	10000年高压

1900: J. a .布里内尔发展了一种球压痕试验，后来被称为布里内尔法。
1920: S. R.洛克威尔开发了以他的名字命名的预加载方法来测试他的船。
1925:维克斯法是由英国的R.史密斯和G.桑德兰发明的。它可以进行显微硬度测试。
1939: F.努普、C. G.彼得斯和W. B. E.爱默生在美国国家标准局开发了努普方法。