深度解析材料硬度：项目选材成功的关键洞见

零件所用材料适配性对其在预期环境功能发挥至关重要。材料硬度是决定材料项目适配性的关键指标之一。它决定项目是否需高硬度材料如钢，或较软材料。

我们都知道项目用错材料可能造成灾难性后果，尤其是生产零件是大型项目一部分时。因此生产前评估材料硬度不可或缺。

若需耐高压痕或耐磨不变形材料，应选硬质材料。但高硬度材料不一定适配所有项目。需咨询专业加工公司知晓哪种适配您项目。

什么是材料硬度？

材料硬度是材料抵抗力而不变形、划伤、穿透、压痕的能力。换言之，材料在外力作用下保持物理特性的能力。

不同材料硬度差异大，钢等材料硬度高于锡等。木材、塑料等非金属材料也具软金属特性。

材料硬度取决于多因素：塑性、弹性刚度、延展性、韧性、应变、强度、粘弹性、粘度等。

材料硬度有哪些类型？

材料不同工况表现不同。如材料可能承受巨大一次性冲击，却不耐持续载荷。因此须按项目需求测试材料硬度。

材料硬度可分三类。材料在不同硬度类型下数值不同。包括：

• 划痕硬度
• 回弹硬度
• 压痕硬度

划痕硬度

机加工师定义划痕硬度为材料抵抗表面划痕能力。划痕是材料表面窄连续线条。当更锋利、更刚性材料划过较软材料表面，造成表面划痕。

机加工师用划痕测试脆性材料如陶瓷。某些材料虽不达塑性变形，但不耐划痕。某些设计对划痕敏感，需高划痕硬度材料。

例：机器某部件需摩擦。用低划痕硬度材料可能不足。因微小摩擦材料失去光滑表面，最终影响机器整体功能。意味着频繁维修增支出。通过划痕硬度测试可预防：知材料能否耐摩擦保持光滑表面。

回弹硬度

同义词动态硬度，属弹性硬度而非塑性硬度。弹性硬度指材料不永久变形，仅外力作用下失去形状。外力移除自动恢复原形。塑性变形则不可恢复。故回弹硬度偏弹性硬度。

回弹硬度要求材料吸收冲击能量并返还压头。机加工师用压头测试回弹硬度。压头材料已知硬度，机加工师以此比对被测材料硬度。

可用金刚石尖锤落于材料测回弹/动态硬度。测锤击表面后反弹高度。若锤反弹接近原落高，材料回弹硬度值高。反之若锤未达原高，回弹硬度低。

压痕硬度

机加工师用压痕硬度测定材料抗变形硬度。需持续载荷压入被测材料形成印痕。机加工师按材料和目的在显微和宏观尺度执行压痕硬度测试。

工程师和冶金学家谈材料硬度时，常指压痕硬度. 测量材料压痕值让您知晓材料变形前能承受多少载荷。

材料硬度计量单位？

机加工师常混淆硬度SI单位与压强。前者SI单位N/mm²即帕斯卡。后者SI单位N/m²或kg·m⁻¹·s⁻²。

前文各硬度类型有不同测量标度。单位源自各测量法，不宜直接比较。但有换算表可对比。说"勉强"因比较不可能100%准确，但给合适指示。

常见硬度测量单位含布氏硬度值（HB）、洛氏硬度值（HRA、HRB、HRC等）、里氏硬度值（HLD、HLS、HLE等）、维氏硬度值（HV）。下表对比测量方法。

如何测试材料硬度

各硬度类型测试法不同. 以下为各硬度测试方法：

布氏试验

机加工师常用的常见硬度测试. 首先机加工师熟悉测试机. 调整显示器所有必要设置再测试.

原理：用10mm直径钢球在试件压出印痕. 计算印痕得材料布氏硬度数.

机器降钢球压材料形成压痕保持约30秒. 机加工师施力于球. 被测金属种类定力大小.

某些金属需500kg载荷，某些需标准3000kg. 压头移除后，工程师用低倍显微镜观测测尺寸. 裁剪其他区域，计算直角处测量平均值.

测试完成，机加工师用布氏硬度计算公式算硬度数.

其中，

F — 力，N

D — 压头直径，mm

d — 压痕直径，mm

洛氏硬度试验

另一常见硬度测试. 被测材料定标尺类型.

有30种不同标尺可选；可选任何适配材料的. 但最常用"B"和"C"标尺.

测试员先施加初始载荷再施试验载荷. 初始载荷帮助适当固定压头入试样、消除表面不规则获更准结果.

再降压头入材料施主载荷形成印痕. 测印痕定硬度. 测试员算永久压痕深度增量（相对初始载荷）得硬度值.

洛氏硬度公式：

其中，

N — 视标尺而定的标尺因子

s — 视标尺而定的标尺因子

d — 相对初始载荷的永久压痕深度，mm

维氏硬度试验

另一硬度测量法. 更适合需较小载荷软材料. 若需软材料更高精度，维氏测试最佳.

维氏用单一金刚石压头测所有材料，简化计算.

测试员先熟悉机器再开始. 试件置机器上用显微镜找合适高度. 看屏幕图像定正确位置. 图像更聚焦即设好.

金刚石压头降入试件保持特定周期.

提起压头用下式算压痕值：

其中，

F — 力，N

d — 压痕对角线，mm

莫氏硬度试验

若测划痕硬度，此法适用. 传统法用已知硬度参考材料划试件. 莫氏硬度用十种不同硬度参考材料. 被测材料定参考材料种类. 给试件分配数值硬度得结果.

滑石最软，值1. 金刚石最硬，值10.

现代莫氏硬度测试用洛氏金刚石压头. 机器工作原理似传统法. 施适当载荷划试件特定周期.

肖氏硬度计试验

可用肖氏硬度计定材料回弹硬度. 将中空竖直玻璃管接支架执行. 将金刚石锤穿管落试件. 锤弹起，测记录弹高. 硬度高材料弹高，软材料弹低.

材料硬度对照表

材料硬度对照表是确定一些流行材料硬度最简便方式之一. 表用各测量法给出各材料硬度值. 如上表显示铝、钛等金属用布氏标度等测量法硬度值. 这样若用列表材料无需自行评估原料硬度.

但须确保所用图表在标准条件下评估.

结语

欲为项目选合适材料，做适当材料硬度测试必不可少. 测材料硬度有多种途径. 咨询专家公司获材料硬度专业建议.

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