硬度测试
探索硬度测试的世界，了解金属和材料的硬度测试原理，包括行业标准、理论背景、四种硬度测试方法以及实际应用技巧。
无论您是硬度测试的专业人士还是刚刚入门，您都可以找到有用的资源，包括免费的海报和应用说明下载，以及访问网络研讨会，以支持您的测试和材料分析需求。
欲深入了解硬度测试的细节，请查阅我们全面的硬度测试仪手册以获取更多信息。
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硬度测试的定义是什么？
应用硬度测试可让您评估材料的属性，例如强度、韧性和耐磨性，以便帮助您确定材料或材料处理是否适合您的需求。硬度测试的定义是“用于确定材料抵抗另一种较硬材料侵入所导致的永久变形的能力的测试”。但是，硬度并不是材料的基本属性。因此，在作出硬度测试结论之时，应始终评估以下相关数值：
- 在压头施加的载荷
- 具体的载荷施加时间分布和特定载荷的持续时间
- 压头的具体几何形状
硬度测试的具体原理是怎样的？
硬度测试一般通过以下方式进行：将具体尺寸和载荷的物体（压头）压入您要测试的材料表面。通过测量压头压入的深度或测量压头留下的压痕尺寸来确定硬度。- 测量压头压入深度的硬度测试包括：洛氏硬度、仪器压痕试验和球压痕硬度
- 测量压头留下的压痕尺寸的硬度测试包括：维氏硬度、努氏硬度和布氏硬度
我们了解您的硬度测试挑战
为确保产品品质稳定并符合法规标准，采用正确的硬度测试方法验证材料性能至关重要。因此，您需要确保每次都能获得完美的结果，并提供适合您的速度和精度的解决方案。
了解您面临的挑战以及您希望通过硬度测试实现的目标，以找到适合您的最佳解决方案，这一点很重要：
处理量和速度方面的挑战
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实验室难以满足处理量要求，需要更好的方法在更短的时间内测试更多样品。我们最新一代的硬度测试机旨在通过更高的精度、更快的自动对焦、更宽的载荷范围、更高的自动化水平、更简单的报告等来简化您的工艺。
可重现性挑战
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能够重现您的硬度测试过程至关重要，因此即使您的操作人员未经过高水平培训，您也能始终获得相同的准确结果。为此，您不仅需要正确的设备，还必须正确设置和校准，为您提供所需的数据，例如光线、对比度、焦距、方法和其他关键因素。
准确测量带来的挑战
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您的硬度测试过程必须提供可靠的结果，以符合 ISO 和 ASTM。错误都会造成严重的后果，例如停产和产品召回，甚至可能损害您的品牌声誉。这意味着您需要确保您的过程满足特定需求并使用正确的测试方法。
文档记录挑战
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为内部审核和质量控制提供详细的结果文件不仅很重要，而且这还是获得 ISO 和 ASTM 认证的法律要求。正确的测试解决方案将使您能够以标准格式和任何语言创建、记录和共享文档。
复杂样品带来的挑战
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并非每个样品都笔直、小而平坦，您通常需要处理异常的形状、新材料或需要满足特定硬度测试过程的样品。这会使您的过程变慢或者结果不一致，因此最好咨询能够指导您选择并帮助您根据新材料或复杂材料调整制备方案的专家。
选择正确的硬度测试方法
如何选择测试方法
硬度测试方法的选择取决于所测试材料的微结构（例如同质性）、材料的类型、部件的尺寸及其状态。在所有硬度测试中，压痕下的材料对于整体微结构而言应具有代表性（除非您是为了确定微结构的不同成分）。因此，如果微结构非常粗糙和异质，则相比于同质材料需要更大的压痕。
硬度测试类型主要有四种，每种都有自己的优点和要求。这些测试都有着不同的标准，其中详细解释了硬度测试的步骤和应用。
在选择硬度测试方法时，需要考虑的重要事项包括：
- 要测试的材料类型
- 是否需要符合标准
- 材料的硬度估值
- 材料的同质性/异质性
- 部件的尺寸
- 待测试的试样数
四种最常见的压痕硬度测试方法
洛氏硬度测试
洛氏硬度是一种针对生产控制开发的快速硬度测试方法，使用直接读数，主要用于金属材料。可通过在使用给定载荷将压头压入试样材料后，测量所得压痕的深度来计算洛氏硬度 (HR)。
- 通常用于几何形体较大的试样
- 一种主要用于金属材料的“快速测试”方法
- 可用于高级测试，例如末端淬透性（末端淬火）测试 (HRC)
维氏硬度测试
维氏硬度是一种适用于所有固体材料的硬度测试方法，包括金属材料。在使用给定载荷使金刚石棱锥压头留下压痕后，可通过测量试样材料中的压痕对角线长度来计算维氏硬度 (HV)。压痕对角线可通过光学方式测量，以便通过表格或公式确定硬度。
- 适用于所有固体材料的硬度测试方法，包括金属材料
- 适合各种应用
- 包括用于焊接点硬度测试的子组
努氏硬度测试
努氏硬度 (HK) 可用于在微观硬度测试领域中替代维氏硬度测试。这种方法主要用于克服脆性材料中的开裂，以及对薄层进行硬度测试。使用的压头是非对称的金刚石锥体，压痕则通过光学方式测量长对角线得出。
- 用于较硬的脆性材料，例如陶瓷
- 适用于小型细长区域，例如涂层
布氏硬度测试
布氏硬度测试通常用于对具有粗糙或不均匀晶粒结构的材料的较大试样执行硬度测试。布氏硬度测试 (HBW) 在压印时使用的是碳化钨球，留下的压痕相对较大。压痕的尺寸通过光学方式读取。
- 用于具有粗糙或不均匀晶粒结构的材料
- 用于较大的试样
- 适用于结构元素较大的锻件和铸件
如何确保硬度测试的准确性和可重复性
正确应用硬度测试需要进行仔细的准备和执行。但是，只要正确掌握基础知识，大多数硬度测试都能实现很好的准确性和可重复性。影响硬度测试的因素
很多因素都会影响硬度测试结果。一般来说，硬度测试中使用的载荷越低，需要控制的因素越多，这样才能确保得出准确的硬度测试结论。以下是确保得出准确的硬度测试结论所要考虑的一些最重要的因素。
- 应该控制诸如光、污垢、振动、温度和湿度等外部因素
- 应该将测试仪和载物台固定在牢固的水平工作台，将试样夹在或固定在支架或砧座中
- 压头应垂直于被测表面
- 在使用维氏、努氏或布氏方法时，应在测试过程中保持照明设置恒定
- 在每次更换压头或物镜时，应该重新校准/验证测试仪
硬度测试载荷定义
正式情况下，硬度测试载荷以牛顿 (N) 为单位。但是，历史上也曾以千克力 (kgf)、克力 (gf) 或磅 (p) 为单位来表示载荷。kgf、kp 和 N 之间的关系如下：1.0 kgf = 1,000 gf = 1.0 kp = 9.81 N。- 术语“微观硬度测试”常用于压痕载荷低于或等于 1 kgf 的情况
- 当载荷高于 1kgf 时，将使用术语“宏观硬度测试”
如果标准允许，应使用可能的最大载荷/力来形成最大的压痕，以获得最准确的结果。
金属材料的四种硬度测试方法中所使用的载荷*遵循的是不同的 ISO 和 ASTM 标准。
| HARDNESS TESTING METHOD | STANDARD | LOAD RANGE | |
| VICKERS |
ISO 6507 |
1 gf - > 100 kgf |
(0.00981 - > 980.7 N) |
| KNOOP |
ISO 4545 |
1 gf - 1 kgf |
(0.0098 - ≤ 9.807 N) |
| BRINELL |
ISO 6506 |
1 kgf - 3000 kgf |
(9.807 - 29420 N) |
| ROCKWELL |
ISO 6508 |
15 kgf - 150 kgf |
(147.1 - 1471 N) |
下载上述内容概览
硬度测试仪提升效率
MAN Energy Solutions 是全球领先的船舶发动机供应商之一，他们希望提升对热喷涂铸铁部件进行硬度测试的效率。解决方案是使用 Struers 硬度测试仪实现测试自动化。
结果是一个在一台设备上完成的更快速、更高效的测试流程。
产品： 硬度测试仪 Duramin-40
公司： MAN Energy Solutions
挑战： 高效测试热喷涂铸铁部件的硬度。
结果： 在一台设备上完成的更快速、更高效的测试流程。
获取灵感
硬度测试疑难排查
常见问题：
问题场景 1：
在进行硬度测试的样品制备过程中，获得平行平整的表面可能具有挑战性。此外，压头应垂直于测试表面。
在维氏硬度测试中，测得的两条对角线长度差异不得超过5.0%。
在努氏硬度测试中，长对角线两侧的长度差异不得超过10.0%。
在进行硬度测试的样品制备过程中，获得平行平整的表面可能具有挑战性。此外，压头应垂直于测试表面。
在维氏硬度测试中，测得的两条对角线长度差异不得超过5.0%。
在努氏硬度测试中，长对角线两侧的长度差异不得超过10.0%。
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如果偏差不是由材料的各向异性引起的，最佳解决方案是使用夹具将样品固定，使压头垂直压入测试表面。如果没有夹具，请确保样品的机械制备过程能够获得平整平行的端面。
问题场景 2：
如果样品表面过于粗糙，特别是在使用自动设备时，可能难以准确评估压痕的角部。 制备过程中产生的划痕可能导致自动硬度测试时对压痕尺寸的误判。
如果样品表面过于粗糙，特别是在使用自动设备时，可能难以准确评估压痕的角部。 制备过程中产生的划痕可能导致自动硬度测试时对压痕尺寸的误判。
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请使用抛光表面。表面制备要求取决于施加的载荷和材料的硬度：材料越软，对抛光质量的要求越高。您可通过我们的金相图谱查找适用于该材料的制备方法。
问题场景 3：
如果样品在机械制备后未被充分清洁，而您又使用光学方式读取硬度测试结果，自动读取过程可能会误判压痕的角部。
如果样品在机械制备后未被充分清洁，而您又使用光学方式读取硬度测试结果，自动读取过程可能会误判压痕的角部。
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在进行硬度测试之前，请务必确保样品已充分清洁，否则来自抛光布的污染物（如灰尘或纤维）可能会干扰读数。
问题场景 4：
对于经过强腐蚀处理的样品，可能难以评估压痕的角部，从而导致硬度测试结果不够准确。
对于经过强腐蚀处理的样品，可能难以评估压痕的角部，从而导致硬度测试结果不够准确。
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应尽可能避免腐蚀处理，因为它会降低表面的反光性。如果必须进行腐蚀，建议采用轻微腐蚀，以便能够识别压痕的角部。在某些情况下，例如评估焊缝时，腐蚀可能是必要的。
问题场景 5：
测得的硬度值高于预期。
测得的硬度值高于预期。
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请检查所选硬度测试中有关压痕间距的规范要求。如果压痕之间距离过近，可能会导致应变硬化。
Charily Zeng
M.S. in Materials Science,
Application Engineer
Struers (Shanghai) Ltd., China
Shanghai, China
Application Engineer
Struers (Shanghai) Ltd., China
Shanghai, China
Gene Ke
M.S. in Materials Science,
Application Engineer
Struers (Shanghai) Ltd., China
Shanghai, China
Application Engineer
Struers (Shanghai) Ltd., China
Shanghai, China