维氏硬度测试由 Smith 和 Sandland 于 1924 年在 Vickers 公司研发,采用正四棱锥金刚石压头,通过施加 500gf~50kgf 试验力(保荷时间通常 10~15s),测量压痕对角线长度计算材料抗塑性形变能力,硬度值以 “HV” 表示(如 350HV20,特殊保荷时加后缀如 / 25)。其压痕几何相似性使同一压头适用于几乎所有金属材料,且试验力范围内硬度值通常一致,广泛应用于材料分析、质量控制与研发评估,操作时需保证相邻压痕间距>3 倍对角线长度以避免硬化区干扰。
依据 ISO 6508 和 ASTM E-18 标准,洛氏硬度测试是全球应用广泛的硬度测试方法,适用于几乎所有金属及部分塑料材料,对试样表面准备要求低、测试快捷。洛氏硬度测试原理:先施加初试验力(98.07N,10kgf)消除表面误差并标定参考点,再叠加主试验力(总载荷 588.4N/60kgf、980.7N/100kgf、1471N/150kgf 等)使压头(金刚石圆锥或钢球)压入材料,保持载荷后移除主试验力,通过测量残留压痕深度相对于初试验力位置的变化值,计算得出洛氏硬度值(HRA/HRC 用金刚石压头,HRB 用钢球,不同标尺对应不同载荷和材料硬度范围)。
布氏硬度测试原理:通过将特定直径(常用 10mm、5mm)的压头在可控试验力(980.7N~2942N,依材料硬度调整)下垂直压入试样表面,保持 10-30 秒形成稳定压痕后卸载,测量压痕两垂直方向直径并取平均值,基于试验力与压痕平均直径的数学关系计算硬度值(或通过专用图表快速查询),以压痕大小反映材料抵抗塑性变形的能力,适用于评估金属材料的延展、拉伸及耐磨性能,是工业质量控制和商业验收的重要指标。
努氏硬度测试采用长对角线远大于短对角线的不对称金刚石压头,相较维氏硬度测试,更易捕捉短距离内的硬度变化,尤其适合测量材料微观硬度分布及局部硬度差异。其试验力通常≤1000gf,200gf 以下时硬度值变化响应更敏感,虽 ASTM 标准以 500gf 试验力建立与其他硬度标尺的转换关系,但主要用于显微硬度检测而非宏观硬度定义(特殊材料可用 2-5kgf 高试验力)。该方法对试样表面处理要求极高,需精细消除制备损伤,低试验力时此要求更严苛,以确保测试结果的准确性。
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