什么是材料硬度？如何比较不同的工程材料

产品开发过程包含几个小过程，其中材料的选择是最关键的。

每种材料都有不同的机械性能和能力。为了做出正确的材料选择，您需要确定零件将经历的负载条件类型。例如，如果您要设计一个会与其他组件接触或承受冲击载荷的零件（或组件），那么您需要选择具有足够材料硬度的材料。

但究竟什么是材料硬度，如何测量？本文回答了这些问题以及更多问题。

什么是材料硬度？

材料硬度 是材料承受集中施加载荷引起的局部塑性变形的能力。

这样看。当我们说一种材料具有很高的硬度时，它仅仅意味着该材料可以在存在诸如划痕、压痕和磨损等外力的情况下保持其形状。因此，钛和金刚石等材料的硬度会高于塑料。

在比较钻石和塑料时，您可能会凭直觉知道哪种材料的硬度更大。但是，当您要在密切相关的金属（或合金）之间进行选择时，除非您对它们进行硬度测试，否则几乎总是不可能做出正确的猜测。

有几种测试材料硬度的方法。但在我们讨论这些方法之前，您必须先了解材料硬度的类型。

以下是材料硬度的三种类型：

压痕硬度 指材料在承受连续载荷时抵抗永久变形的能力。相比之下，划痕硬度 描述了一种材料抵抗由于与另一种金属接触而划伤其表面的能力。最后，回弹硬度 与材料的弹性有关；它描述了材料吸收冲击能量的能力。

一旦您知道您的零件将经历的负载（或环境）条件类型，您就可以考虑以下任何一种硬度测试方法来比较您的材料选项。如果您有必要的设备，您可以完成这些测试。或者，您可以依赖供应商提供的信息和 Matweb 等在线资源，其中列出了各种材料的属性。

来自 Wikimedia Commons 的布氏硬度测试仪。

布氏测试测量材料的压痕硬度 .该测试方法使用压头（通常是硬化钢球）在测试件上产生压痕。在此测试方法中，您将在指定时间段内将预定义的力施加到球（和材料表面）之前将压头固定到位。

接下来，根据材料上形成的压痕大小为材料分配布氏硬度值。您可以使用显微镜测量压痕并使用以下方法计算布氏硬度值：

地点：
HB =布氏硬度 (kg/mm2)
P =力（以牛顿为单位）
D =压头直径（以毫米为单位）
d =压痕直径（以毫米为单位）

但是，请记住，您将在压头上施加的预定义力取决于您要测试的材料。例如，质量控制专家通常对钢铁等硬质金属使用 3000 公斤（或 30,000 牛）的标准载荷。相比之下，对于铜和黄铜等较软的材料，您应该施加 500kg（或 5000 N）的载荷。

操作者进行洛氏硬度测试

与布氏硬度测试一样，洛氏硬度测试也用于压痕硬度 测量，通常涉及使用压头（通常是钢球或球形金刚石尖锥）。

但是，在布氏硬度测试中，您通过在施加主要测试负载之前施加较小负载（通常为 10 kg 或 100 N）将压头固定到位。然后，在去除主要负载后，在较小负载仍然打开的情况下测量压痕深度。

然后可以使用不同的洛氏硬度标尺（A、B、C 等）读取硬度值。理想的刻度取决于所用压头的类型和施加在材料上的测试载荷。例如，假设您要测量钢合金的硬度；您将不得不使用最大负载为 140 kg 的金刚石锥形压头。在这种情况下，您将读取“C”刻度上的硬度值。

对于铜合金等较软的金属，质量控制专家使用金刚石钢球（主要负载高达 100 公斤）并读取“B”标尺上的硬度值。

莫氏硬度测试是测量耐刮擦性的理想选择的一种材料。在此测试方法中，您使用具有预定义硬度的参考材料刮擦要测试的材料表面。硬度值用莫氏硬度表表示，它由10种被赋予任意硬度值的矿物组成。

在艾伦的工厂直销店查看完整的莫氏硬度表

Alan’s Factory Outlet 有莫氏硬度表（上图），您可以在上面看到各种金属的耐刮擦性示例。

肖氏硬度计是一种用于测量材料回弹硬度的设备 .该设备具有安装在支架上的刻度玻璃管。要确定您的材料的回弹硬度，您需要通过玻璃管将钻石头锤落到材料上。

安装在三脚架上的 Shore Scleroscope 的示意图。来自维基共享资源。

硬度值与锤击试件后弹回的高度成正比。例如，硬度较高的材料比硬度较低的材料会产生更大的回弹高度。

毫无疑问，了解不同材料的硬度以确定适合您产品设计的理想材料至关重要。但是，即使您为产品选择了合适的材料，您仍然需要找到合适的机械车间和机械师，能够准确、精确地制造您的零件。

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