材料硬度解析：工程材料对比选型指南

产品开发过程包含多个子过程，材料选择是其中最关键的环节。

每种材料都有不同的力学性能和能力。为做出正确材料选择，您需要确定零件将承受的载荷类型。例如，若设计将与其他组件接触或承受冲击载荷的零件（或组件），则需选择硬度足够的材料。

但什么是材料硬度？如何测量？本文将为您解答。

什么是材料硬度？

材料硬度 是材料抵抗集中载荷导致的局部塑性变形的能力。

通俗说，材料硬度高意味着它能在划痕、压痕、磨损等外力作用下保持形状。因此钛、金刚石等材料硬度远高于塑料。

比较金刚石和塑料，您凭直觉就知哪个硬度大。但要在相近金属（或合金）间选择，若不做硬度测试几乎无法准确判断。

测试材料硬度有多种方法。但在讨论这些方法前，必须先了解材料硬度的类型。

材料硬度的三大类型

以下是三种材料硬度类型：

1. 压痕硬度
2. 划痕硬度
3. 回弹硬度

压痕硬度 指材料在持续载荷下抵抗永久变形的能力。相比之下，划痕硬度 描述材料表面抵抗与其他金属接触划伤的能力。最后，回弹硬度 与材料弹性相关，描述材料吸收冲击能量的能力。

明确零件将面临的载荷（或环境）条件后，即可考虑以下硬度测试方法对比备选材料。若有必要设备可自行测试，也可参考供应商信息和Matweb等列出各种材料性能的在线资源。

材料硬度测试方法：4大主流测试

方法一 布氏硬度测试

来自维基共享资源的布氏硬度测试仪。

布氏测试测量材料的压痕硬度。该方法使用压头（通常为硬化钢球）在试件上压出印痕。测试中，将压头固定后施加预定义力至球体（及材料表面）并保持特定时间。

随后根据压痕大小分配布氏硬度数值。可用显微镜测量压痕，并用以下公式计算布氏硬度数：

其中：
HB = 布氏硬度 (kg/mm²)
P = 力 (牛顿)
D = 压头直径 (毫米)
d = 压痕直径 (毫米)

但请注意，施加在压头上的预定义力取决于测试材料。例如，质检专家通常对铁、钢等硬金属使用3000 kg（或30,000 N）标准载荷。相反，对铜、黄铜等软材料应施加500 kg（或5000 N）载荷。

方法二 洛氏硬度测试

操作员进行洛氏硬度测试

与布氏硬度测试类似，洛氏硬度测试也用于测量压痕硬度，通常使用压头（钢球或球顶金刚石圆锥）。

但在布氏测试中，您通过施加小载荷（通常10 kg或100 N）固定压头，再施加主试验载荷。然后移除主载荷，在小载荷仍作用下测量压痕深度。

硬度值可通过不同洛氏硬度标尺（A、B、C等）读取。理想标尺取决于压头类型和施加的试验载荷。例如，测量钢合金硬度需用金刚石圆锥压头，主载荷高达140 kg，此时在"C"标尺读数。

对铜合金等软金属，质检专家用钢球（主载荷高达100 kg）并在"B"标尺读数。

方法三 莫氏硬度测试

莫氏硬度测试适合测量材料的划痕抗性。该方法用预定义硬度的参考材料划擦待测材料表面。硬度值用莫氏标尺表示，由10种被赋予任意硬度值的矿物组成。

可在Alan's Factory Outlet查看完整莫氏硬度图表（上图截图）

Alan's Factory Outlet提供莫氏硬度图表（上图截图），展示各种金属划痕抗性示例。

方法四 肖氏硬度计测试

肖氏硬度计是测量材料回弹硬度的装置。装置包含安装在支架上的刻度玻璃管。测试时，将金刚石尖锤通过玻璃管落向材料。

安装在三脚架上的肖氏硬度计示意图。来自维基共享资源。

硬度值与锤子击中试件后反弹高度成正比。例如，硬度更大的材料导致反弹高度更高，硬度较小的材料反弹高度较低。

材料硬度测试与产品开发：根松精密加工服务

毫无疑问，了解不同材料硬度对确定产品设计理想材料至关重要。但即使选定合适材料，您仍需找到能精准制造零件的合适机加工车间和机加工师。

根松精密是亚洲领先的加工服务提供商。我们不仅拥有能测试材料硬度的质检专家团队，还有高素质工程师和机加工师团队。我们的专家团队协作，利用最先进的加工技术精准制造您的产品。

了解更多关于我们的加工服务。