材料硬度

材料硬度是一种材料对另一种物体的机械渗透所提供的机械阻力。 根据影响的类型，有不同类型的材料硬度。 所以材料硬度不仅是对较硬物体的抵抗力，也是对较软和同样坚硬物体的抵抗力。 材料硬度的定义与强度的定义不同，强度代表材料抵抗变形和分离的能力。

材料硬度也是材料磨损行为的量度。 硬镜片划伤更少，硬化齿轮磨损更少。 选择铣头或车刀等刀具切削刃时，材料硬度特别重要；硬切削刃保持锋利的时间更长，但断裂速度更快。

材料硬度及其检验是固体物理学、材料科学和材料分析领域以及地球科学中岩石和矿物表征的重要焦点。 材料硬度属于具有断裂韧性、强度、延展性、刚度、密度和熔点的材料性能。

材料的材料硬度与材料的强度只有有限的关系，即使强度影响材料硬度测量的测试方法，这些测试方法是基于各种试样的穿透深度。 强度的影响可以通过测量薄膜来降低，但不能完全避免。

然而，在某些情况下，材料的材料硬度与材料强度有可验证的联系。 那么相对便宜的材料硬度测试通常可以代替更复杂的拉伸测试。 具有实际意义的是可以将布氏硬度或维氏硬度转换为结构钢的抗拉强度。 因此，例如在钢结构测试期间，可以检测到材料混淆。

大多数大材料硬度的材料也具有很高的脆性，因此它们几乎不会发生塑性变形和突然断裂。 除其他外，玻璃切割技术就是基于此。

对于组件的构造，材料硬度和韧性必须合理平衡：当出现峰值负载时，硬而脆的组件很容易断裂。 坚韧（即不那么硬）的材料会在这种情况下幸存下来而不会损坏或只会产生轻微的后果。 然而，后者会很快磨损。 因此，通常需要提供一个大的内部区域（核心），该区域由坚韧、坚固的材料制成，并具有非常坚硬的表面层。 这带来了两个好处：耐磨性增加，裂纹形成的可能性xxx降低。 实际载荷在内部承受。

在材料科学中，尤其是金属，主要使用测量压痕硬度的测试方法。 在规定的条件下将标准化的试样压入工件。 然后测量持久印象的表面或深度。 原则上，材料硬度测试方法分为静态和动态两种。 动态试验方法是对被测零件突然施加载荷； 在静态方法中，负载是恒定的或逐渐增加的。

通用硬度这个名称对日常工业生活中的实际用途具有误导性。 在那里以及在实验室区域，这种方法极少使用。

使用这种方法，在加载和卸载阶段连续测量力和穿透深度。 马氏硬度 (HM) 定义为xxx力与相关接触面积之比，单位为牛顿/平方毫米。

与维氏或布氏方法相比，不仅可以确定材料的塑性行为，还可以确定压痕模量（弹性压痕模量 - EIT）、压痕蠕变 (CIT) 以及塑性和弹性等其他材料参数也可以从获得的测量曲线确定变形功。

最常见的压头形状有：维氏金字塔（见维氏法）、硬金属球、球形金刚石压头和 Berkovich 压头。 Berkovich 压头的尖端像一个侧面角为 65° 的正四面体. 压痕的轮廓通常近似三角形。

必须为每个压头形状确定压痕深度到接触面的转换。 维氏体和伯科维奇体的接触面积是通过穿透深度的平方与常数 26.43 的乘积计算得出的。

材料的洛氏硬度是在施加一定的预紧力和试验力时，由试件的压痕深度得出的。 测试样本、力、持续时间和单位计算公式在标准 DIN EN ISO 6508-1（以前的 DIN EN 10109）中指定。 试样以规定的试验力预加载到待测工件表面。 带有预载荷的试样的穿透深度作为参考水平。 然后压头加载主载荷至少两秒，最多六秒。 然后将其再次移除，以便只有预加载有效。 施加主载荷前后的穿透深度差异是材料洛氏硬度的量度。 洛氏单位是使用公式（根据使用的标准刻度不同而有所不同）根据穿透深度计算得出的。 测试体的穿透深度由连接到测试尖端的千分表确定。

标尺C法（单位HRC）采用圆锥形金刚石试片，尖角120°，圆尖半径0.2mm。 这种测试方法主要用于非常硬的材料。 直径为 1.5875 毫米（HRB、HRF、HRG）或 3.175 毫米（HRE、HRH 和 HRK）的 B 级钢球用作附加岩石波压头。

测试程序：

• 放弃预强度 - 在 HRA、HRB、HRC 等：10 kp（≈98 N）； 对于 HRN 和 HRT：3 kp (≈29.4 N)
• 零度盘指示器
• 另外放弃主力，例如 B. HRB = 90 kp (≈882.6 N), HRC = 140 kp (≈1372.9 N)
• 暴露时间取决于物质的蠕变行为：2-3 秒：对于没有随时间变化的塑性行为的金属 3-6 秒：对于具有随时间变化的塑性行为的金属
• 取消主电源
• 读取千分表上的数值
• 发布主要内容

洛氏试验速度很快，但对试件在试验装置中的夹持要求很高。 它不适用于在试验装置中弹性屈服的试样，例如管道。

Rockwell 材料硬度的示例：

• 例如，齿轮箱中的轴的材料硬度可以为 48 HRC，
• 不锈钢刀片“Nirosta”材料硬度 53 HRC，
• 刀片由材料硬度高达 61 HRC 的日本 Shiro-Gami 钢（白纸钢）制成，
• 一个由 Ao Gami 钢（蓝纸钢）制成，甚至一个材料硬度高达 65 HRC。
• 由高速钢制成的切削刃达到 60-65 HRC，具体取决于合金和热处理。

测量范围：该方法允许的 HRC 值必须在 20 到 70 之间。

用规定的试验力 F 将硬质金属球压入待测工件表面。

过去，除了硬金属球外，还使用钢球（指定为 HBS 或 HB）作为压头。 自 2006 年以来，该标准规定所有材料均采用烧结硬质合金制成的滚珠，例如碳化钨硬质合金（指定为 HBW）。 所用球的直径为 10 毫米、5 毫米、2.5 毫米和 1 毫米。

选择样品的厚度，以便在测试后在底面上看不到变形。 这是压痕深度 h 的 8-10 倍厚度的情况。 选择测试负载使得 0.24 D < d < 0.6D 适用。 压痕中心距试样边缘的距离应大于3d，两个压痕之间的距离应大于6d。 测试力垂直于测试表面施加，无冲击和振动，并在 5 至 8 秒内增加。