在静载荷作用下，材料抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度，它是衡量材料软硬程度的指标。硬度值的大小不仅取决于材料的成分和组织结构，还取决于测定方法和试验条件。

硬度试验设备简单，与拉伸试验相比，该试验简便易行，一般不需要破坏零件或构件。对于大多数金属材料，硬度与其他力学性能（如强度、耐磨性） 以及工艺性能（如切削加工性、可焊性等） 之间存在着一定的对应关系。因此，在工程上，硬度被广泛用于检验材料和热处理件的质量、鉴定热处理工艺的合理性以及作为评定工艺性能的参考指标。

硬度的测量多采用压入法，常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。需要注意的是，采用不同的方法测得的硬度值不能直接进行比较，可通过硬度对照表进行换算后比较。此外，硬度值无单位。

用各种方法所测得的硬度值不能直接比较，可以通过硬度对照表换算。

1.布氏硬度

1） 试验原理

布氏硬度试验是用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验载荷压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验载荷，然后测出压痕直径，计算硬度，如图1 -17 所示。

图1-17　布氏硬度值的获取方法

（a） 布氏硬度试验原理； （b） 压痕测量

布氏硬度值是试验载荷除以球面压痕表面积所得的值，其计算公式为

式中　HBS（HBW）——用钢球（或硬质合金球） 试验时的布氏硬度值；

F——试验载荷，N；

S——球面压痕表面积，mm2；

D——球体直径，mm；

d——压痕的平均直径，mm。

由上式可以看出，当F，D 一定时，布氏硬度值仅与压痕的平均直径d 的大小有关，d值越小，布氏硬度值越大，材料越硬； 反之，则材料越软。

2） 表示方法

布氏硬度用符号HB 表示。使用淬火钢球压头时布氏硬度用HBS 表示，其适用于测定布氏硬度值小于450 的材料； 使用硬质合金球压头时布氏硬度用HBW 表示，其适用于测定布氏硬度值为450 ～650 的材料。符号HB 前面的数值为硬度值，符号后是按D/F/t 的顺序表示的试验条件，例如，170HBS10/1000/30 表示直径10 mm 的钢球压头，在9 807 N（1 000 kgf） 的试验载荷作用下，保持30 s 时测得的布氏硬度值为170。530HBW5/750 表示直径5 mm 的硬质合金球，在7 355 N （750 kgf^[1]） 的试验载荷作用下，保持10 ～15 s 时测得的布氏硬度值为530。试验保持时间在10 ～15 s 时不标注。

3） 特点与应用

布氏硬度试验的优点是测量误差小； 缺点是压痕大，不能用于薄件（试样厚度至少应为压痕深度的10 倍）、成品件。布氏硬度试验可用于测量硬度较低的退火钢、正火钢、调质钢、铸铁及有色金属材料。

由于布氏硬度与其他力学性能（如抗拉强度） 之间存在着一定的近似关系，因此布氏硬度在工业上应用广泛。

碳钢： σb（MPa）≈3.6 HBS。

合金结构钢： σb（MPa）≈3.4 HBS。

铸造钢： σb（MPa）≈3.3 HBS。

布氏硬度与抗拉强度的近似关系如下：

低碳钢的Rm≈3.53 HBW； 高碳钢的Rm≈3.33 HBW。

合金钢的Rm≈3.19 HBW； 灰铸铁的Rm≈0.98 HBW。(www.daowen.com)

2.洛氏硬度

1） 试验原理

洛氏硬度试验是目前应用范围最广的硬度试验方法，它是通过直接测量压痕深度来确定硬度值的，如图1 -18 所示。

图1-18　洛氏硬度试验原理

压头是120°金刚石圆锥体。在初始试验力F0 的作用下，试样压痕深度为h0，压头位置为1 -1； 加上主试验力F1 后，总试验力为F0 +F1，压头位置为2 -2； 经一定时间保持后撤去主试验力F1，仍保留初始试验力F0，试样的弹性变形恢复，压头上升到3 -3 位置，压头在主试验力作用下，压入试样深度为h3。当压头为120°金刚石圆锥体时，洛氏硬度计算式如下：

式中　k——常数，金刚石压头的k 为100，淬火钢球的k 为130；

h3——压痕的深度，h3 =h1 -h0 规定以每0.002 mm 压痕深度为一个硬度值。

洛氏硬度无单位。实际测量时，洛氏硬度值可直接从硬度计表盘（图1-18 （c）） 上读取。

2） 表示方法

洛氏硬度的表示方法： 符号前面的数字表示硬度值，后面的字母表示不同的洛氏硬度标尺。例如HRC45 表示用C 标尺测定的洛氏硬度值为45。

常用洛氏硬度标尺及其适用范围： 同一台硬度计，当采用不同的压头和不同的总实验力时，可组成几种不同的洛氏硬度标尺，常用的洛氏硬度标尺有A，B，C 三种，其中C 标尺应用最广。三种洛氏硬度标尺的试验条件和适用范围见表1 -1。

表1-1　常用的三种洛氏硬度标尺的试验条件和适用范围

3） 特点与应用

洛氏硬度试验操作简单、迅速，可直接从表盘上读出硬度值； 压痕直径很小，可以测量成品及较薄工件； 测试的硬度值范围较大，可测硬度值从很小到很大的金属材料，所以洛氏硬度试验在生产中广为应用。但由于压痕小，当材料组织不均匀时，测量值的代表性差，因此一般需在不同的部位测试几次，取读数的平均值代表材料的硬度。

3.维氏硬度

1） 试验原理

如图1 -19 所示，维氏硬度试验原理与布氏硬度试验原理相同，将相对面夹角为136°的金刚石正四棱锥体压头，以选定的试验力压入试样表面，经规定的保持时间后卸除试验力，然后测量压痕对角线的平均长度，计算出硬度值。维氏硬度是用正四棱锥体压痕单位面积上承受的平均压力表示硬度值，用符号HV 表示，其计算公式如下：

式中　F——试验力，N；

D——压痕两条对角线长度的算术平均值，mm。

图1-19　维氏硬度试验原理

在试验中，维氏硬度值与布氏硬度值一样，也可根据测得的压痕两条对角线的平均长度从表中直接查出。

2） 表示方法

维氏硬度常用试验力为49.03 ～980.7 N，其表示方法与布氏硬度相同，硬度值写在符号前面，试验条件写在符号后面。例如，642HV30 表示用294.2 N （30 kgf） 试验力，保持10 ～15 s 测定的维氏硬度值为642； 642HV30/20 表示用294.2 N （30 kgf） 试验力，保持20 s测定的维氏硬度值为642。

3） 特点与应用

由于维氏硬度试验时所用试验力小，压痕深度较浅，故可测较薄工件的硬度，尤其是渗碳、渗氮层的硬度。另外，维氏硬度具有连续性（10 ～1 000 HV），故可测从很软到很硬的各种金属材料的硬度，且准确可靠。维氏硬度试验的缺点是测量压痕对角线长度比较麻烦，且对试样表面质量要求较高。