材料抵抗表面局部塑性变形的能力称为硬度，它是表征材料软硬程度的一个指标。硬度试验方法很多，大体上可分为压入法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等）、划痕法（如莫氏硬度）和弹性回跳法（如肖氏硬度）三类。生产中测量硬度常用的方法是静载压入法，它是用一定几何形状的压头在一定的静载荷下压入被测试的材料表面，并根据被压入的程度来测定硬度值。因此硬度是一个综合的物理量，它与强度指标和塑性指标均有一定的关系。

硬度试验所用设备简单，操作方便快捷；对大多数机件成品可直接进行检验，无须专门加工试样；一般仅在材料表面局部区域内造成很小的压痕，可视为无损检测；易于检查金属表面层的质量（如脱碳）、表面淬火和化学热处理后的表面性能。总之，硬度试验很有用处，它是产品质量检验和制定合理加工工艺最简便的主要试验方法，是材料研究最常用的试验方法。

1.1.2.1　布氏硬度

布氏硬度试验是应用最久、最广泛的压入法硬度试验之一。布氏硬度试验按照GB/T 231.1—2018《金属材料布氏硬度试验第 1 部分：试验方法》进行，其试验测定原理如图 1.3所示。用一直径为D（mm）的淬火钢球或硬质合金球，在规定载荷F的作用下压入被测材料表面，保持一定时间后，卸除载荷，在试样表面留下球形压痕。测量出材料表面压痕的平均直径 d（mm），由此计算出压痕面积S（mm2）。用载荷F除以压痕面积S，求得单位面积上所承受的平均应力值，即为布氏硬度，用 HB 表示。当试验压力的单位为牛顿（N）时，布氏硬度测试原理写成如下公式：

图1.3　布氏硬度试验测定原理

须注意在硬度值后习惯上不标注单位。

显然材料越软，压痕直径就越大，布氏硬度值就越低；反之布氏硬度值越高。

当压头为淬火钢球时，布氏硬度符号为HBS，该方法适合于测定布氏硬度值低于450的金属材料；当压头为硬质合金球时，硬度符号为 HBW，该方法适合于测定布氏硬度值在 650 以下的金属材料。在实际测试时，硬度值不需通过式（1.1）计算，而根据载荷F及测出压痕直径D后查表，即可得到布氏硬度值。

布氏硬度值的表示方法为硬度值＋HBW（HBS）＋球直径（mm）＋载荷（kgf，1 kgf＝9.807 N）＋保压时间（s，保压时间为 10～15 s 时不标注）。例如：120 HBS10/1 000/30表示用直径为 10 mm的淬火钢球，在 9 807 N（1 000 kgf）载荷作用下，保持 30 s，测得的布氏硬度值为 120；500 HBW5/750表示用直径为5mm的硬质合金球，在7 355 N（750 kgf）载荷作用下保持10～15 s测得布氏硬度值为500。

布氏硬度试验的优点是压痕面积大，其硬度值能反映金属在较大范围内各组成相的平均性能，而不受个别组成相及微小不均匀性的影响，试验数据稳定、重复性强。其缺点是，压痕面积大，不宜测试成品件或薄片件金属的硬度；测试过程烦琐，不宜大批量检验；不宜测量硬度大于 650 HBW 的材料。布氏硬度试验法主要用于测定铸铁，有色金属及其合金，低合金结构钢，各种退火、正火及调质钢的硬度。

1.1.2.2　洛氏硬度

洛氏硬度试验按照GB/T 230.1—2018《金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法》进行，其试验测定原理如图 1.4 所示。用一定规格的压头，在规定的载荷下压入被测试材料的表面，撤去载荷后，根据压痕的深度来衡量材料的硬度值，其值直接从硬度计的分度盘上读出。洛氏硬度不是以测定压痕的面积来计算硬度值，而是以测量压痕深度来表示材料的硬度。显然，材料越软，压痕越深，洛氏硬度值越小；反之材料越硬，压痕越浅，洛氏硬度值越大。(www.daowen.com)

图1.4　洛氏硬度试验测定原理

压头有两种：一种是圆锥角为 120°的金刚石圆锥体，用于测试较硬的材料；另一种是一定直径的小淬火钢球或硬质合金球，用于测试较软的材料。

洛氏硬度符号用HR表示，HR前面的数值为硬度值，HR后面的字母为使用的标尺类型。例如，60HRC表示用C标尺测定的洛氏硬度值为60。常用的洛氏硬度有HRA、HRB、HRC三种标尺，它们的测试条件及应用见表1.1。

表1.1　常用洛氏硬度试验的标尺、试验规范和应用

洛氏硬度试验的优点是操作简便、迅速，生产效率高，适用于大量生产中的成品检验；压痕小，几乎不损伤工件表面，可对工件直接进行检验；采用不同标尺，可测定各种软硬和薄厚不一试样的硬度。其缺点是由于压痕较小，代表性差；尤其是材料中存在的偏析及组织不均匀等情况，会使所测硬度值的重复性差、分散度大；用不同标尺测得的硬度值既不能直接进行比较，又不能彼此交换。

1.1.2.3　维氏硬度

维氏硬度试验按照GB/T 4340.1—2009《金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》进行。其原理与布氏硬度试验测定相似，同样是根据压痕面积所承受的载荷来计算硬度值。试验所用的压头是两对面夹角为136°的金刚石四棱锥体，压痕为一四方锥形，如图1.5所示。

图1.5　维氏硬度试验原理

维氏硬度的表示方法为硬度值＋HV＋载荷（kgf）＋保压时间（s，保压时间为 10～15 s时不标注）。例如：640HV30/20表示在试验力294.3 N（30 kgf）作用下，维持20 s测得的维氏硬度为640。维氏硬度的单位符号为N/mm2，但一般不标出。

维氏硬度的特点是保留了布氏硬度和洛氏硬度各自的优点，负荷大小可任意选择，测定范围宽，既可测量由极软到极硬材料的硬度，又能相互比较；既可测量大块材料、表面硬化层的硬度，又可测量金相组织中不同相的硬度，测量精度高。其缺点是需要在显微镜下测量压痕尺寸，工作效率较低。