常用硬度测量方法解析：洛氏硬度与布氏硬度的特点及应用

常用的硬度测量方法有以下几种：

1、洛氏硬度（Hr）是最常用的硬度测量方法。测量简单、快速，可直接从表盘选择数值。洛氏硬度常用的标度有Hrc、Hra和Hrb三种。三种标度所用的压头、试验力及适用范围见表1-2。

表1-2 洛氏硬度测试规范

硬度符号 硬度头规格 试验力/L 适用范围

Hrc 120°金刚石锥体 1471 20~70

Hra 120°金刚石锥体 588.4 20~88

HRb φ1.588MM钢球 980.6 20~100

2、布氏硬度（Hb） 用淬火钢球作为硬度头，施加一定的试验力压紧工件表面，除去试验力后测量压痕直径，然后查表或计算得出得到相应的布氏硬度值Hb。

布氏硬度试验主要用于测量退火、正火、调质模具钢的硬度。

3、维氏硬度（Hv） 所用压头为方形底面的金刚石棱锥体。圆锥体两个相对边之间的角度为136°。硬度值等于试验力F与压痕表面积的比值。

这种方法可以测试任何金属材料的硬度，但最常用的是测量显微硬度，即金属内部不同结构的硬度。

三种硬度大致有如下关系：Hrc≈1/10HB、hv≈Hb（<400HBS时）

模具钢常规力学性能要求——强度

强度是指钢材在使用过程中抵抗变形和断裂的能力。对于模具来说，是整个型材或各零件在使用过程中抵抗拉力、压力、弯曲力、扭转力或综合力的能力。

测量钢强度的常用方法是进行拉伸试验。拉伸试验是在拉伸试验机上进行的。测试棒必须按照规定的标准制备。拉伸过程中，将拉力F与伸长率Δl的关系画在记录纸上，即所谓的拉伸试验。通过分析拉伸曲线即可得到金属的强度指标。通常还给出在压缩下运行的模具的压缩强度。

对于模具钢，特别是含碳量较高的冷作模具钢，由于塑性较差，一般不采用拉伸强度，而采用弯曲强度作为实用指标。即使对于极脆的材料，弯曲试验也能反映一定程度的塑性。而且，弯曲试验产生的应力状态与许多模具工作表面产生的应力状态非常相似，可以更准确地反映材料成分和组织因素对性能的影响。

拉伸曲线上有一个特殊点。当拉力达到此点时，在不增加或减少拉力的情况下，测试棒将发生明显的伸长变形。这种现象称为屈服。此时的应力称为材料的屈服点。当外力去除后，变形不能恢复到原来的状态。这部分变形被保留，成为永久变形，称为塑性变形。屈服点是模具钢抗塑性变形能力的指标，也是最常用的强度指标。要求模具材料具有较高的屈服强度。如果模具发生塑性变形，模具加工的零件尺寸和形状就会发生变化，产生废品，模具也会失效。

模具钢常规力学性能要求——塑性

淬硬模具钢的塑性较差，特别是冷变形模具钢，在很小的塑性变形时就会发生脆性断裂。衡量模具钢的塑性，通常用断后伸长率和断面收缩率两个指标来表示。

断裂伸长率是指拉伸试样断裂后长度增加的相对百分比，用Δ表示。断后伸长率Δ值越大，钢材的塑性越好。热作模具钢的塑性明显高于冷作模具钢。

断面收缩率是指拉伸试棒拉伸、变形、断裂后，断裂断面的收缩率与原断面的收缩率之比，用Ψ表示。塑料材料破碎后有明显的颈缩，因此Ψ值较大。脆性材料断裂后，截面几乎不收缩，即不发生颈缩，且Ψ值很小，说明塑性较差。

模具钢常规力学性能要求——韧性

韧性是模具钢的重要性能指标。韧性决定了材料在冲击试验力作用下抵抗断裂的能力。材料的韧性越高，脆性断裂的风险越小，热疲劳强度越高。冲击韧性试验对于测量模具的脆性断裂倾向具有重要意义。

冲击韧性是指冲击试样缺口横截面积上的冲击吸收功，而冲击吸收功是指规定形状和尺寸的试样在一次冲击试验力作用下断裂时吸收的能量。冲击试验包括夏比U型缺口冲击试验（将试样开成U型缺口）、夏比V型缺口冲击试验（将试样开成V型缺口）和悬臂梁冲击试验。

影响冲击韧性的因素有很多。不同材质的模具钢的冲击韧性差异很大。即使是同一种材料，由于组织状态不同、晶粒尺寸不同、内应力状态不同，其冲击韧性也不同。一般晶粒越粗，碳化物偏析（带状、网状等）越严重，马氏体组织等越粗大，会使钢变脆。不同的温度有不同的冲击韧性。一般来说，温度越高，冲击韧性值越高。有些钢在常温下具有良好的韧性，但当温度降至-20~40℃时就会变成脆钢。

为了提高钢的韧性，必须采用合理的锻造和热处理工艺。锻造时应尽可能打散碳化物，减少或消除碳化物偏析。热处理和淬火时，应防止晶粒长大过大，冷却速度不宜过高，以防止产生内应力。模具在使用前或使用过程中应采取一些措施减少内应力。