机械设计中硬度指标的重要性及常用硬度测试方法

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硬度表示材料抵抗硬物压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般来说，硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

布氏硬度（HB）

将一定尺寸（通常直径为10mm）的淬火钢球以一定的载荷（通常为3000kg）压入材料表面，并保持一段时间。去除载荷后，载荷与其压痕面积之比即为布氏硬度值（HB）。

洛氏硬度（HR）

当HB>450或试样太小时，不能采用布氏硬度试验，而采用洛氏硬度测量。它是用顶角为120°的金刚石锥体或直径为1.59或3.18mm的钢球在一定载荷下压入被测材料表面，由下式计算出材料的硬度：压痕的深度。根据试验材料硬度的不同，用三种不同的标度表示：

HRA：是用60kg载荷和金刚石锥压入器获得的硬度，用于极硬材料（如硬质合金等）。

HRB：是用100kg的载荷和直径1.58mm的淬硬钢球得到的硬度。用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。

HRC：采用150kg载荷和金刚石锥体压入器获得的硬度，用于硬度非常高的材料（如淬火钢等）。

维氏硬度（HV）

使用载荷120kg以内、顶角136°的金刚石方锥压入器压入材料表面。将材料中压痕坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV）。

肖氏（Shore）硬度（HS）

原理：测定塑料压痕针在规定载荷和标准压头下，在规定时间内压入试样的深度，称为肖氏硬度，又称肖氏硬度，用HS表示；根据压痕不同类型示踪剂可分为3类，肖氏A型、C型、D型。它们的测量原理完全相同，不同的是测针的尺寸不同； HSA常用于检测软塑料橡胶，HSD常用于检测硬塑料和橡胶。还有不太常用的 HSC。

硬度与强度的关系

硬度测试是力学性能测试中最简单、最容易的测试方法。为了用硬度测试来代替某些力学性能测试，生产中需要更准确的硬度与强度之间的换算关系。实践证明，金属材料的各种硬度值之间以及硬度值与强度值之间都存在近似的对应关系。因为硬度值是由初始塑性变形抗力和持续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也越高。

根据德国标准DIN50150，以下是常用钢材的抗拉强度与维氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度、肖氏硬度的对照表：

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