在機(jī)械制造領(lǐng)域，刀具、量具、模具等工具的性能與壽命，很大程度上取決于其硬度。硬度，作為衡量材料抵抗局部變形（尤其是塑性變形、壓痕或劃痕）能力的重要指標(biāo)，直接關(guān)系到材料的耐磨性和使用壽命。今天，就讓我們一起深入了解硬度的相關(guān)知識(shí)。

       硬度的定義與重要性

       硬度，簡(jiǎn)而言之，就是材料抵抗外力造成局部變形的能力。一般來(lái)說(shuō)，材料越硬，其耐磨性就越好。例如，在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪等零部件需要具備一定的硬度，以確保在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)中仍能保持良好的性能和較長(zhǎng)的使用壽命。

       硬度的類型與試驗(yàn)方法

       硬度有多種類型，其中金屬硬度中常見的、實(shí)用的壓痕硬度試驗(yàn)方法主要包括以下幾種：

       1、布氏硬度（HB）

       原理：使用鋼球或硬質(zhì)合金球（直徑Dmm)作為壓頭，施加試驗(yàn)力F，試樣打壓后，提升壓頭留下的凹部直徑d(mm)中計(jì)算出球壓頭與試樣的接觸面積S(mm2)，除試驗(yàn)力而得出的值。壓頭為鋼球時(shí)的符號(hào)為HBS、硬質(zhì)合金球時(shí)為HBW。k是常數(shù)(1/g= 1/9.80665 = 0.102)。

       2、維氏硬度（HV）

       原理：維氏硬度是將試驗(yàn)力F(N)除以標(biāo)準(zhǔn)片與壓頭之間的接觸面積S(mm2)所得的值，該面積根據(jù)在試驗(yàn)力F(N)下通過(guò)壓頭(四方錐金剛石，相對(duì)面角=136?)在標(biāo)準(zhǔn)片上形成的壓痕的對(duì)角線長(zhǎng)度d(mm，兩個(gè)方向長(zhǎng)度的平均值)計(jì)算。k為常數(shù)(1/g=1/9.80665)。

       特點(diǎn)：應(yīng)用范圍廣泛，特別適用于微小硬度領(lǐng)域。

       3、努氏硬度（HK）：

       原理：努氏硬度是通過(guò)將試驗(yàn)力除以壓痕投影面積A (mm2)所計(jì)算的值，該面積根據(jù)在試驗(yàn)力F通過(guò)按壓長(zhǎng)菱形金剛石壓頭(相對(duì)邊角為172?30'和130?)在標(biāo)準(zhǔn)片上形成的壓痕的較長(zhǎng)對(duì)角線長(zhǎng)度d (mm)計(jì)算。

       特點(diǎn)：可通過(guò)替換顯微硬度試驗(yàn)機(jī)的維氏壓頭來(lái)測(cè)量。

       4、洛氏及表面洛氏硬度（HR）：

       原理：洛氏硬度或洛氏表面硬度的測(cè)量之前，需先使用金剛石壓頭(尖端錐角：120?，尖端半徑：0.2mm)或球形壓頭(鋼球或硬質(zhì)合金球)向標(biāo)準(zhǔn)片施加預(yù)加載力，然后施加試驗(yàn)力，并恢復(fù)預(yù)加載力。

       該硬度值由硬度公式得出，該公式以預(yù)加載力和試驗(yàn)力之間的壓痕深度h(μm)之差表示。洛氏硬度測(cè)試使用98.07N的預(yù)加載力，洛氏表面硬度測(cè)試則使用29.42N的預(yù)加載力。結(jié)合壓頭類型、試驗(yàn)力和硬度公式一起提供的特定符號(hào)被稱為標(biāo)尺。日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)定義了各種相關(guān)硬度標(biāo)尺。

       特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便迅速，可直接在原材料或零件表面上測(cè)試。

       硬度換算公式

       在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)需要將不同硬度試驗(yàn)方法得出的硬度值進(jìn)行換算。以下是一些常用的硬度換算公式及其特點(diǎn)：

       1、努氏硬度與維氏硬度的換算：

       （1）公式：HV=0.968HK（低載荷下誤差較大，HV>900時(shí)失去參考價(jià)值）

       （2）修正公式：經(jīng)實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證，具有較高的參考價(jià)值。

       2、洛氏硬度與維氏硬度的換算：

       (1)對(duì)Hans·Qvarnstorm提出的The Qvarnstorm換算公式

       進(jìn)行修正后得出洛氏硬度與維氏硬度的換算公式為：

       此公式用我國(guó)公布的黑色金屬硬度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，其HRC誤差基本上在±0.4HRC 范圍內(nèi)，其最大誤差也僅士0.9HRC，計(jì)算的HV誤差最大為±15HV。

       (2)根據(jù)不同壓頭所受應(yīng)力σHRC=σHV，通過(guò)對(duì)洛氏硬度與維氏硬度壓痕深度關(guān)系曲線的分析得出公式

       本公式與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)換算值對(duì)照,換算式計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值之誤差為±0.1HRC。

       (3)根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用線性回歸的方法對(duì)洛氏硬度與維氏硬度的換算進(jìn)行探討，得出公式：

       本公式使用范圍小，誤差較大，但計(jì)算簡(jiǎn)便，在對(duì)精度要求不高時(shí)可以使用。

       3、洛氏硬度與布氏硬度的換算：

       (1)對(duì)布氏壓痕和洛氏壓痕深度關(guān)系進(jìn)行分析，根據(jù)壓頭的應(yīng)力σHRC=σHB得出換算公式     

       計(jì)算結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值對(duì)照，換算式計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)值之誤差為±0.1HRC。

       (2)根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用線性回歸法得到公式

       公式誤差偏大，使用范圍偏小，但計(jì)算簡(jiǎn)便，在對(duì)精度要求不高的情況下可以使用。

       4、布氏硬度與維氏硬度的換算：

       布氏硬度與維氏硬度的關(guān)系，同樣根據(jù)σHB=σHV得出公式

       此公式換算結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)換算值對(duì)照，換算誤差為±2HV。

       5、努氏硬度與洛氏硬度的換算：

       因?yàn)榕嫌捕扰c洛氏硬度的對(duì)應(yīng)曲線類似于拋物線，故由曲線得出近似的換算公式為

       此公式比較精確，可以作為使用參考。

       硬度作為材料性能的重要指標(biāo)之一，在機(jī)械制造、材料科學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。通過(guò)了解硬度的定義、類型、試驗(yàn)方法以及換算公式等知識(shí)，我們可以更好地選擇和應(yīng)用硬度試驗(yàn)方法，為材料的性能評(píng)估和質(zhì)量控制提供有力支持。