你需要知道的关于材料硬度的一切

零件所用材料的适用性对于零件能否在其预期环境中发挥作用非常重要。决定材料是否适合项目的此类材料之一是材料的硬度。它决定了您的项目是否需要高硬度的材料，如钢或更软的材料。

我们都知道，在项目中使用错误的材料可能会产生灾难性的影响，尤其是当生产的零件是更大项目的一部分时。因此，在生产前评估材料的硬度是必不可少的。

如果您需要一种能够承受高压痕或磨损而不变形的物质，您应该选择硬质材料。但是，硬度高的材料不一定适用于所有项目。您需要咨询专业的加工公司，了解哪种适合您的项目。

什么是材料硬度？

材料硬度是材料承受力而不变形、划伤、穿透和压痕的能力。换句话说，它是一种材料即使在外力作用下仍能保持其物理特性的能力。

许多材料的硬度各不相同，与其他材料（如锡）相比，钢等材料的硬度更高。其他一些非金属材料，如木材和塑料，也具有柔软的金属特性。

材料的硬度取决于材料的塑性、弹性刚度、延展性、韧性、应变、强度、粘弹性和粘度等几个因素。

有哪些不同类型的材料硬度？

材料在不同条件下表现不同。例如，一种材料可能承受巨大的一次性冲击，但不能承受连续载荷。因此，您必须执行材料硬度以适应您的项目的需要。

我们可以将材料硬度分为三类。材料在这些不同类型的硬度下具有不同的值。它们包括：

• 划痕硬度
• 回弹硬度
• 压痕硬度

划痕硬度

机械师将划痕硬度定义为材料抵抗表面划痕的能力。划痕是材料表面上的窄连续线。当锋利的、较硬的材料刷过较软的材料表面时，会在此类材料的表面产生划痕。

机械师对陶瓷等脆性材料进行划痕测试。有些材料可能无法达到塑性变形但不能承受划痕。有些设计对划痕很敏感；因此，您需要一种具有高划痕硬度的材料。

例如，机器的某些部分可能需要摩擦。在这种情况下，使用具有低划痕硬度的材料可能不够好。这是因为，只要稍加摩擦，材料可能会失去其光滑的表面并最终影响机器的整体功能。这意味着您必须经常在维修上花费更多。您可以通过执行划痕硬度测试来防止这种情况发生，以了解材料是否能够承受摩擦并且不会失去其光滑的表面。

回弹硬度

它的同义词是动态硬度，它更多的是弹性硬度而不是塑性硬度。弹性硬度意味着材料不会永久变形。它只有在施加外力时才会变形。一旦去除外力，它就会自动恢复原来的形状。这不是塑性变形的情况，材料无法恢复其原始形状。因此，回弹硬度更多的是弹性硬度。

回弹硬度要求材料吸收冲击能量并将其返回到压头。机械师使用压头测试回弹硬度。用作压头的材料已经具有已知的硬度，机械师将其与测量的材料进行比较。

您可以通过将带有金刚石头的锤子放在材料上来测量材料的回弹或动态硬度。然后，他们在敲击表面后测量锤子的弹力。如果锤子返回到更接近原始下落高度，则材料具有较高的回弹硬度值。另一方面，如果锤子没有靠近下落高度，则材料的回弹硬度较低。

压痕硬度

机械师使用压痕硬度来确定材料变形的硬度。它需要用连续的载荷对被检查的材料进行压痕，直到形成印痕。机械师在微观和宏观尺度上进行压痕硬度测试，具体取决于所测试的材料及其所服务的目的。

当工程师和冶金学家谈论材料硬度时，他们通常指的是压痕硬度。测量材料的压痕值可以帮助您了解材料在变形之前可以承受多少载荷。

材料硬度的测量单位是什么？

一些机械师经常将 SI 硬度单位与压力单位混淆。前者的 SI 单位为 N/mm²，也称为单位帕斯卡。而后者的 SI 单位为（N/m2，或 kg·m-1·s-2）。

前面讨论的每种不同类型的硬度都有不同的测量尺度。单位来自每种测量方法；因此，它们不适合直接比较。不过，您可以设法使用一个转换表进行比较。我们说“管理”是因为比较不能 100% 准确，但它给出了合适的指示。

一些常用的硬度测量单位包括布氏硬度值（HB）、洛氏硬度值（HRA、HRB、HRC等）、里氏硬度值（HLD、HLS、HLE等）和维氏硬度值（HV）。我们在下表中对测量方法进行了比较。

如何测试材料硬度

每种材料硬度的测量方式不同。以下是每种硬度的测试方法：

布氏试验

这是机械师使用的常见硬度测试。首先，机械师熟悉试验机。在进行测试之前，他会在显示器上进行所有必要的设置。

这里的原理涉及使用直径为 10 毫米的钢球在试件上产生压痕。然后计算压痕，就可以知道材料的布氏硬度值。

机器将球在材料上降低以形成压痕并停留约30秒。机械师然后对球施加力。被测金属的种类决定了所施加的力。

有些金属可能需要 500 公斤的负载，而有些可能需要高达 3000 公斤，这是标准负载。如果压头被移除，工程师会通过低倍显微镜观察来测量其尺寸。他裁剪出其他区域并计算出直角测量值的平均值。

完成测试后，机械师使用布氏硬度计算公式计算硬度数。

哪里，

F——力，N

D——压头直径，mm

d——压痕直径，mm

洛氏硬度测试

这是另一种常见的硬度测试类型。测试材料的种类决定了使用的秤的种类。

有30种不同的尺度可供选择；因此，您可以选择任何一种适合您的材料。但是，最常用的音阶是“B”和“C”。

测试人员在施加测试负载之前先施加较小的负载。较小的负载有助于将压头适当地固定在测试样品中，并消除任何形式的表面不规则性，以获得更准确的结果。

然后，他将压头降低到材料中，通过施加主要载荷来产生压痕。他测量印模以确定硬度。然后测试仪通过计算硬度值来确定增加的压痕尺寸。

洛氏硬度计算公式为：

哪里，

N – 比例因子取决于使用的比例

s – 比例因子取决于使用的比例

d——与小载荷相比的永久压痕深度，mm

维氏硬度测试

这是另一种测量硬度的方法。它更适用于需要较小载荷的软材料。因此，如果您需要更好的软材料精度，维氏测试最适合您。

Vickers 对所有材料使用单个金刚石压头，使其计算更容易。

测试人员在开始之前首先需要熟悉机器。然后将零件放置在机器上以使用显微镜找到合适的高度。您可以通过检查屏幕上的图像来确定正确的位置。当你有一个更集中的图像时，它就很好地设置了。

金刚石压头下降到零件并允许停留指定时间。

提起压头，用下式测量压痕值：

哪里，

F - 力，N

d——压痕对角线，mm

莫氏硬度测试

如果您想测量划痕硬度，这是您可以采用的合适方法。传统上，该测试是通过在具有已知硬度的参考材料上刮擦材料来进行的。莫氏硬度测试使用十种不同硬度的参考材料。被测材料的种类决定了使用的参考种类。然后通过为测试材料分配一个数字硬度值来获得结果。

谈话是使用的最软的材料，值为 1。另一方面，最硬的材料是钻石，值为 10。

洛氏金刚石压头用于现代莫氏硬度测试。该机器的工作原理与传统方法类似。它包括用适当的负载在指定的时间段内对试件进行刮擦。

巩膜镜检查

您可以使用硬度计来确定材料的回弹硬度。您可以通过将空心垂直玻璃管连接到支架来执行此测试。然后，您将通过管子将金刚石锤落到测试件上。锤子会弹跳，弹跳的高度就是你要测量和记录的。硬度高的材料弹跳力高，而软的材料弹跳力低。

材料硬度表

材料硬度表是确定某些流行类型材料硬度的最简单方法之一。该图表提供了使用各种测量方法的这些不同材料的硬度值。例如，上图显示了使用布氏标度等测量方法的铝和钛等金属的硬度值。这样一来，如果您使用清单外的任何人，您就不必评估原材料的硬度。

但是，您必须确保使用的图表是在标准条件下评估的。

结论

如果您想为您的项目选择合适的材料，则必须进行适当的材料硬度测试。有多种方法可以测试材料的硬度。向专家公司咨询有关材料硬度的专业建议。

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