材料硬度

材料硬度是一種材料對另一種物體的機械滲透所提供的機械阻力。 根據影響的類型，有不同類型的材料硬度。 所以材料硬度不僅是對較硬物體的抵抗力，也是對較軟和同樣堅硬物體的抵抗力。 材料硬度的定義與強度的定義不同，強度代表材料抵抗變形和分離的能力。

材料硬度也是材料磨損行為的量度。 硬鏡片劃傷更少，硬化齒輪磨損更少。 選擇銑頭或車刀等刀具切削刃時，材料硬度特別重要；硬切削刃保持鋒利的時間更長，但斷裂速度更快。

材料硬度及其檢驗是固體物理學、材料科學和材料分析領域以及地球科學中巖石和礦物表征的重要焦點。 材料硬度屬于具有斷裂韌性、強度、延展性、剛度、密度和熔點的材料性能。

材料的材料硬度與材料的強度只有有限的關系，即使強度影響材料硬度測量的測試方法，這些測試方法是基于各種試樣的穿透深度。 強度的影響可以通過測量薄膜來降低，但不能完全避免。

然而，在某些情況下，材料的材料硬度與材料強度有可驗證的聯系。 那么相對便宜的材料硬度測試通常可以代替更復雜的拉伸測試。 具有實際意義的是可以將布氏硬度或維氏硬度轉換為結構鋼的抗拉強度。 因此，例如在鋼結構測試期間，可以檢測到材料混淆。

大多數大材料硬度的材料也具有很高的脆性，因此它們幾乎不會發生塑性變形和突然斷裂。 除其他外，玻璃切割技術就是基于此。

對于組件的構造，材料硬度和韌性必須合理平衡：當出現峰值負載時，硬而脆的組件很容易斷裂。 堅韌（即不那么硬）的材料會在這種情況下幸存下來而不會損壞或只會產生輕微的后果。 然而，后者會很快磨損。 因此，通常需要提供一個大的內部區域（核心），該區域由堅韌、堅固的材料制成，并具有非常堅硬的表面層。 這帶來了兩個好處：耐磨性增加，裂紋形成的可能性xxx降低。 實際載荷在內部承受。

在材料科學中，尤其是金屬，主要使用測量壓痕硬度的測試方法。 在規定的條件下將標準化的試樣壓入工件。 然后測量持久印象的表面或深度。 原則上，材料硬度測試方法分為靜態和動態兩種。 動態試驗方法是對被測零件突然施加載荷； 在靜態方法中，負載是恒定的或逐漸增加的。

通用硬度這個名稱對日常工業生活中的實際用途具有誤導性。 在那里以及在實驗室區域，這種方法極少使用。

使用這種方法，在加載和卸載階段連續測量力和穿透深度。 馬氏硬度 (HM) 定義為xxx力與相關接觸面積之比，單位為牛頓/平方毫米。

與維氏或布氏方法相比，不僅可以確定材料的塑性行為，還可以確定壓痕模量（彈性壓痕模量 - EIT）、壓痕蠕變 (CIT) 以及塑性和彈性等其他材料參數也可以從獲得的測量曲線確定變形功。

最常見的壓頭形狀有：維氏金字塔（見維氏法）、硬金屬球、球形金剛石壓頭和 Berkovich 壓頭。 Berkovich 壓頭的尖端像一個側面角為 65° 的正四面體. 壓痕的輪廓通常近似三角形。

必須為每個壓頭形狀確定壓痕深度到接觸面的轉換。 維氏體和伯科維奇體的接觸面積是通過穿透深度的平方與常數 26.43 的乘積計算得出的。

材料的洛氏硬度是在施加一定的預緊力和試驗力時，由試件的壓痕深度得出的。 測試樣本、力、持續時間和單位計算公式在標準 DIN EN ISO 6508-1（以前的 DIN EN 10109）中指定。 試樣以規定的試驗力預加載到待測工件表面。 帶有預載荷的試樣的穿透深度作為參考水平。 然后壓頭加載主載荷至少兩秒，最多六秒。 然后將其再次移除，以便只有預加載有效。 施加主載荷前后的穿透深度差異是材料洛氏硬度的量度。 洛氏單位是使用公式（根據使用的標準刻度不同而有所不同）根據穿透深度計算得出的。 測試體的穿透深度由連接到測試尖端的千分表確定。

標尺C法（單位HRC）采用圓錐形金剛石試片，尖角120°，圓尖半徑0.2mm。 這種測試方法主要用于非常硬的材料。 直徑為 1.5875 毫米（HRB、HRF、HRG）或 3.175 毫米（HRE、HRH 和 HRK）的 B 級鋼球用作附加巖石波壓頭。

測試程序：

• 放棄預強度 - 在 HRA、HRB、HRC 等：10 kp（≈98 N）； 對于 HRN 和 HRT：3 kp (≈29.4 N)
• 零度盤指示器
• 另外放棄主力，例如 B. HRB = 90 kp (≈882.6 N), HRC = 140 kp (≈1372.9 N)
• 暴露時間取決于物質的蠕變行為：2-3 秒：對于沒有隨時間變化的塑性行為的金屬 3-6 秒：對于具有隨時間變化的塑性行為的金屬
• 取消主電源
• 讀取千分表上的數值
• 發布主要內容

洛氏試驗速度很快，但對試件在試驗裝置中的夾持要求很高。 它不適用于在試驗裝置中彈性屈服的試樣，例如管道。

Rockwell 材料硬度的示例：

• 例如，齒輪箱中的軸的材料硬度可以為 48 HRC，
• 不銹鋼刀片“Nirosta”材料硬度 53 HRC，
• 刀片由材料硬度高達 61 HRC 的日本 Shiro-Gami 鋼（白紙鋼）制成，
• 一個由 Ao Gami 鋼（藍紙鋼）制成，甚至一個材料硬度高達 65 HRC。
• 由高速鋼制成的切削刃達到 60-65 HRC，具體取決于合金和熱處理。

測量范圍：該方法允許的 HRC 值必須在 20 到 70 之間。

用規定的試驗力 F 將硬質金屬球壓入待測工件表面。

過去，除了硬金屬球外，還使用鋼球（指定為 HBS 或 HB）作為壓頭。 自 2006 年以來，該標準規定所有材料均采用燒結硬質合金制成的滾珠，例如碳化鎢硬質合金（指定為 HBW）。 所用球的直徑為 10 毫米、5 毫米、2.5 毫米和 1 毫米。

選擇樣品的厚度，以便在測試后在底面上看不到變形。 這是壓痕深度 h 的 8-10 倍厚度的情況。 選擇測試負載使得 0.24 D < d < 0.6D 適用。 壓痕中心距試樣邊緣的距離應大于3d，兩個壓痕之間的距離應大于6d。 測試力垂直于測試表面施加，無沖擊和振動，并在 5 至 8 秒內增加。