常用的硬度测试方法

洛氏硬度, 邵氏

常用的硬度测试方法：邵氏硬度、洛氏硬度

硬度是指材料抵抗其他较硬物体压入其表面的能力。硬度值的大小是表示材料软硬程度的有条件性的定量反映，它本身不是一个单纯的确定的物理量，而是由材料的弹性、塑性、韧性等一系列力学性能组成的综合性指标。硬度值的大小不仅取决于该材料的本身，也取决于测量条件和测量方法。硬度试验的主要目的是测量该材料的适用性，并通过对硬度的测量间接了解该材料的其他力学性能，例如磨耗性能、拉伸性能、固化程度等。因此，硬度检测在生产过程中对监控产品质量和完善工艺条件等方面有非常重要的作用。硬度试验因其具有测量迅速、经济、简便且不破坏试样的特点，是工程材料应用极为普遍的方法，也是检测材料性能最容易的一种方法。

测定硬度的方法很多，可分为以下三类。 1.测定材料耐顶针（球形顶针）压入能力的硬度试验 例如布氏（Brine-II)硬度、维氏（Viekers）硬度、努普（Knoop）硬度、巴科尔（Barcol）硬度、邵氏（Shore）硬度等；

2.测定材料对尖头或另一种材料的抗划痕性硬度试验 例如比尔鲍姆（Bierbaum）硬度和莫斯（Mobs）硬度等；

3.测定材料回弹性的硬度试验 例如洛氏（Rockwell）硬度和邵氏反弹硬度等。 下面简单介绍几种硬度的测试方法。 一、邵氏硬度

邵氏硬度又称肖氏硬度，是表示材料硬度等级的一种方法。邵氏硬度分为邵氏压痕硬度和邵氏反弹硬度两种，前者被测样品放在硬度计台面的适当位置，压紧到规定时间后立即读取用数字0--100表示的压痕硬度读数。使用的压痕硬度计有A型、C型和D型三种刻度型号；后者则使用邵氏反弹式硬度计进行测定，使用顶端装有金刚石的总重约3克的冲头，从约300MM高度的玻璃管中垂直落于试件上，由玻璃管的刻度读取其垂直反弹的高度。 （一）原理

邵氏压痕硬度计的工作原理是将规定形状的压针在标准的弹簧压力下，并在严格的规定时间内，把压针压入试样的深度转换为硬度值，表示该试样材料的硬度等级，直接从硬度计的指示表上读取。指示表为100个分度，每一个分度即为一个邵氏硬度值。 （二）方法要点

邵氏硬度计分为A型、C型和D型三种刻度，其硬度读数分别用HA,HB,和HC表示。邵氏A型适用于软质塑料和橡胶，邵氏C型和D型则适用于较硬或硬质塑料和硫化橡胶。测定邵氏硬度时，我国与ISO规定一致，只使用A型和D型两种。

1.硬度计在使用过程中压针的形状、尺寸以及弹簧的性能都会发生变化，因此应定期校准，使之符合规定的压针尺寸和精度。

2.硬度计弹簧对压针所施加的力应与压针伸出压板位移量有恒定的线性关系，其大小与硬度计指针所指刻度的关系应符合下式： A型： FA=550+78HA B型： FB=445HD

式中FA和FB———弹簧施加于A型和D型硬度计压针上的力mN 系数550———Hd为零时弹簧对压针所施加的力

系数75和445———硬度计的系数

为此，推荐使用邵氏硬度检定仪校准其弹簧力，一般进口仪器都配有检定仪，目前国内也已有生产。使用检定仪校准压针弹簧力的误差，A型要求偏差在正负3.9mN之内，B型要求偏差在正负19.6mN之内。 二、球压痕硬度 （一）原理

以规定直径的钢球在试验负荷作用下垂直压入试样表面，经过一规定的时间后，以单位压痕面积所承受的压力表示该试样的硬度，用daN/平方毫米表示。规定使用的初负荷为0.98daN而试验负荷有四个等级，分别为4.9daN、13.24daN、35.8daN和96.1da。对于较硬塑料硬度值测定多数使用此方法。 （二）方法要点 1.硬度计

球压痕硬度计主要由机架、压头、加荷装置、压痕深度指示仪表和计时装置组成。试验前应定期测定各级负荷下机架的变形量，测定时应卸下压头，升起工作台使其与主轴接触；加上初负荷，调节深度指示仪表为零；然后再加上试验负荷，直接由压痕深度指示仪表中读取相应负荷下机架的变形量。应反复测量几次，直到数值稳定。

2.负荷

应根据试样材料的软硬程度选择适宜的试验负荷，使压痕深度必须在0.15mm-0.35mm的范围内，若压痕深度超过此范围，则应改变试验负荷，使之达到规定的压痕深度范围。因为只有在规定范围内的压痕深度与施加的负荷之间才有较好的线性关系。 3.试样

试样的大小应保证每个测点的中心与试样边缘的距离不小于10mm，各测点中心之间的距离也不小于10mm，试样厚度应不小于4mm。推荐的试样尺寸为（50×50－4）mm。 三、洛氏硬度

洛氏硬度试验方法是1919年由美国人洛克威尔（Rockwell）提出的，塑料等材料的洛氏硬度试验方法是在金属洛氏硬度试验方法的基础上发展的，可用于软的弹性体材料及较刚硬塑料的硬度值评价。由于高分子材料较金属材料软，洛氏硬度试验需采用较小的负荷、较大的压痕器和大量程结构的硬度计。 （一）定义与原理 1.定义

洛氏硬度是指用规定的压头对试样先施加初试验力，接着再施加主试验力，然后卸除主试验力，只保留初试验力，用前后两次初试验力作用下压头压入试样的深度差经计算得出的值表示。 2.原理

采用金刚石圆锥或钢球作为压头，分两次对试样加荷，首先施加初试验力，压头压入试样的压痕深度为h1接着再施加主试验力，压头在总试验力作用下的压痕深度为h2然后压头在总试验力作用下保持一定时间后卸除主试验力，只保留初试验力，压痕因试样的弹性回复而最终形成的压痕深度为h3；

最后用h表示前后两次初试验力作用下的压痕深度差即h=h3-h1,按下式计算硬度值：HR=K-h/C

式中 HR———塑料的洛氏硬度值准确到分度值 h———两次初试验力作用下的压痕深度差mm c———常数，其值规定为0.002mm；

K———换算常数，其值规定为130。这是因为若直接用两次压痕深度 差h表示该材料的硬度值大小，将得到较硬材料的h值较小，而较软材料的h值反而较大的结果，为了适应人们数值越高，硬度也应越高的习惯概念，人为地规定了这一换算常数。 （二）方法要点

1.下表给出洛氏硬度不同标尺的初试验力、主试验力和压头直径。初试验力和主试验力都应准确到±20%以内。试验时施加初试验力主要是为了确定压入深度的起点，消除压头、试样和工作台之间的间隙以及试样表面凹凸不平对硬度值的影响，以保证试验结果的可比性。 2.试样应平稳放在工作台上，试验过程中不得有位移；试样厚度应均匀，厚度应不小于10mm；试样大小应能保证在同一表面可进行5个点的测量，每个测点的中心距离以及距试样边缘的距离均不得小于10mm。试样若为非平面的其他形状，其尺寸可由有关的产品标准规定。采用叠层试样时，层数不得多于3层。试验时必须保证施加的试验力与试样表面垂直。

3.试验前应使用已知硬度的标准块用互标尺进行校准，大批量试验前还应用M、L、R标尺的标准块进行校准，以便在测试前发现并校正由于加力装置的失准或机架变形等引起的测试结果误差。标准计量块由中国计量科学院硬度室提供。 4.试验前还应根据试样材料的软硬程度选择合适的标尺，以便使测得的硬度数值处于50--115之间，少数材料如不能处于此范围内，也不得超过125。如果一种材料同时可用两种标尺，且所测值均处于现定范围内，则应选用较小试验力的标尺。同一试样材料必须用同一标尺进行测定。

5.试验时应按标准中规定的时间施加载荷和读数。