陳朝暉 （安徽省建筑工程質(zhì)量第二監(jiān)督檢測站，安徽 合肥 230031）

1 概述

硬度測試是建筑工程材料檢測中常見的一項質(zhì)量控制檢測。金屬材料表面抵抗變形或破裂的能力稱為硬度。試驗時對樣品施加外部荷載，通過測量試驗時產(chǎn)生的形變從而確定硬度。硬度到目前為止還沒有統(tǒng)一的檢測和表示方式，有的學(xué)者認(rèn)為硬度是材料抵抗破壞和殘余變形的能力；也有的學(xué)者認(rèn)為硬度是材料抵抗彈性變形和塑性變形的能力。

2 硬度試驗的分類及其特點

2.1 硬度試驗的分類

材料的硬度不僅與其彈性極限、屈服極限、脆性等性能有關(guān)，且與材料的一些微觀性能有關(guān)，例如分子結(jié)構(gòu)、粒子間作用力和結(jié)晶狀態(tài)等。硬度值的獲取也與測試的條件和測試的方法有很大關(guān)系。隨著當(dāng)代檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，硬度的測試方法已有很多種，大體上可分為壓入法和刻畫法兩大類。而在建筑工程材料檢測中，壓入法更為常見。通常來說，壓入法的硬度檢測主要是測試試樣抵抗較硬的、具有一定形狀和大小的壓頭壓入其表面的能力。若按施加試驗力的方式不同又可將壓入法分為靜載壓入法和動載試驗法。像我們工程材料檢測中常用到的布氏硬度、維氏硬度、洛氏硬度都屬于靜載壓入法；而像肖氏硬度和里氏硬度均屬于動載壓入法。

2.2 硬度試驗的特點

①硬度試驗是非破壞性試驗，對試樣的損傷微小，一般不影響后續(xù)使用；

②硬度檢測的試驗方法簡單便捷，尺寸不同的試樣都可以進(jìn)行檢測，新型的便攜式硬度計更可以攜帶到現(xiàn)場或者在試件上直接進(jìn)行測量；

③對于一些不方便切割的試件，如螺母、鋼墊片、錨具、夾片、扳手等一些工具和刀具，在對這些試件做質(zhì)量檢測時，硬度試驗是唯一可行的試驗方法；

④硬度試驗的操作較為簡單，因此效率高，掌握熟練后，每分鐘可進(jìn)行多次。因此對重要零部件的檢驗可以達(dá)到100%；

⑤硬度值與其他機(jī)械性能，如強(qiáng)度極限等有近似的換算關(guān)系，有了硬度值就可以間接地了解其他機(jī)械性能，又因硬度試驗簡單、快速，可以大幅度提高工作效率，且可對其他機(jī)械性能做預(yù)判；

⑥硬度試驗屬于理化分析的一種，是常見的材料科學(xué)研究的重要手段之一。

總之，硬度試驗是材料機(jī)械性能試驗中最為簡單、高效且易于實施的方法，也是確定材料合理的加工工藝、檢驗產(chǎn)品質(zhì)量的重要方法之一。

3 硬度檢測的發(fā)展趨勢

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展、生產(chǎn)生活的需要和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對硬度試驗的要求越來越廣泛，對硬度值測定的準(zhǔn)確度要求也越來越高，這樣就促進(jìn)了功能先進(jìn)、操作方便、精度更高的硬度計的產(chǎn)生。隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化、規(guī)?；牟粩鄶U(kuò)大，加上越來越嚴(yán)格的質(zhì)量控制要求，在工業(yè)生產(chǎn)過程中連續(xù)的自動測量檢測系統(tǒng)愈發(fā)重要，這樣就可以做到在線檢測和實時的質(zhì)量監(jiān)控。硬度檢測若能做到在生產(chǎn)過程中進(jìn)行自動測量，那對產(chǎn)品性能的提高和工藝流程的優(yōu)化有很大幫助。因此，關(guān)注硬度檢測的發(fā)展趨勢，不斷提高硬度檢測儀器的先進(jìn)性，開展硬度的理論研究，保證硬度測試不斷發(fā)展是硬度檢測目前發(fā)展的主要趨勢。

4 硬度試驗試樣的要求

①進(jìn)行硬度試驗的試樣表面應(yīng)光滑平整，不應(yīng)有污物和氧化表層，更不應(yīng)有油脂，這樣才能保證試樣表面能進(jìn)行精確地壓痕測量。

②試樣在制備過程中，應(yīng)盡可能避免過熱或過冷的加工條件對試樣硬度的影響。

③進(jìn)行試驗的試樣厚度至少應(yīng)為壓痕深度的10倍。

5 幾種常見的硬度測試

若在工程材料檢測上沒有使用正確的硬度類型，容易引起試驗數(shù)值上的誤差。而在材料檢測判定時，如果對不同硬度測試方法的原理和表示方法不清楚，也容易出現(xiàn)表達(dá)錯誤。下文對我站建筑材料上常用的幾種硬度測試的原理、表示方法進(jìn)行了介紹，以方便讀者更好地進(jìn)行日常建筑工程材料檢測與技術(shù)交流。

5.1 洛氏硬度

洛氏硬度是通過試驗的壓痕深度來確定硬度值的，是如今使用頻率比較高的幾種壓痕硬度試驗之一。大多數(shù)壓痕硬度試驗是測量當(dāng)實驗中的試樣被一種特殊硬度的試驗壓頭施壓時的變形。

對于很多老式的洛氏硬度儀來說，試驗員必須自行操作所有試驗步驟和程序。而現(xiàn)在很多新型洛氏硬度儀能自動地執(zhí)行整個洛氏硬度試驗。

5.1.1 測試原理

洛氏硬度是以頂角為120°的金剛石圓錐體或者直徑為1.588mm的淬火鋼球作為壓頭，以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗力使其壓入試件表面。試驗時，先加初試驗力，然后加主試驗力。加入試件表面后，卸除主試驗力，在保留初試驗力的情況下，根據(jù)試件表面壓痕的深度確定被測樣品的洛氏硬度值。

洛氏硬度值由壓痕的深度大小來確定，壓入的深度越大，硬度值越低；反之，硬度值越高。但一般人們習(xí)慣上認(rèn)為試驗數(shù)值越大則硬度值越高。因此試驗計算時用一個常數(shù)減去壓痕深度來表示硬度值，且規(guī)定壓痕深度增加0.002mm，則增加一個硬度單位。由此獲得的硬度值為洛氏硬度值，用符號HR表示。試驗時洛氏硬度值一般可以從儀器上直接讀出。

5.1.2 表示方法

為了讓洛氏硬度的測量范圍較大，能應(yīng)用到軟硬不同的材料上，洛氏硬度試驗有三種試驗力和三種壓頭，這樣就分出9種組合，對應(yīng)于洛氏硬度的9個標(biāo)尺：HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH和HRK。這9個標(biāo)尺可以測定大部分常用的金屬材料，其中HRC這個標(biāo)尺應(yīng)用最為廣泛。

洛氏硬度表示時按硬度值、符號（HR）、標(biāo)尺的順序書寫。例如：28HRC表示用洛氏硬度C標(biāo)尺測定的硬度值為28。

5.2 布氏硬度

布氏硬度Brinell Hardness（HB）是由瑞典工程師布納瑞（J.A.Brinell）提出，并用他的名字來命名的，故稱布氏硬度。

布氏硬度試驗是所有硬度試驗中壓痕最大的一種試驗方法，它不受試件某些微觀性能和成分不均勻的影響，因此能一定程度上反映出所測材料的綜合性能，也是一種精度較高的硬度測試方法。在一些工業(yè)領(lǐng)域，如鍛造、鑄造、冶金和有色金屬行業(yè)有廣泛使用，同時在高校實驗室和科研單位也經(jīng)常使用。布氏硬度尤其適用于一些晶粒大的金屬材料的硬度測定。

5.2.1 測試原理

布氏硬度試驗使用的壓頭是具有一定直徑的硬質(zhì)合金球（在《金屬布氏硬度試驗第1步：試驗方法》（GB/T231.1-2018）的標(biāo)準(zhǔn)中取消了鋼球壓頭），試驗時用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗力壓入試樣表面，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的保持時間后卸除試驗力，測量試樣表面壓痕直徑，布氏硬度值暨試驗力除以壓痕表面積的商。

5.2.2 表示方法

日常書寫中，在布氏硬度符號（HBW）前面注明硬度值，符號后面寫清試驗條件，即壓球直徑、試驗力和保持時間，采用規(guī)定的保持時間（10～15s）則不用標(biāo)注。例如：215HBW15/800/20，表示用直徑15mm的硬質(zhì)合金球，在800kgf（7845N）試驗力的作用下，保持20s時的布氏硬度值為215，一般簡寫為215HBW。又如：215HBW15/800，表示用直徑15mm的硬質(zhì)合金球，在800kgf（7845N）試驗力的作用下，保持10～15s時的布氏硬度值為215，10～15s為標(biāo)準(zhǔn)時間，不用標(biāo)注，一般簡寫為215HBW。這是工程材料檢測中常見的表示方法。

5.3 維氏硬度

維氏硬度（Vickers-hardness）也是表示材料硬度的一種方法，是由英國科學(xué)家維克斯首先提出。因此用他的名字命名。

比起其他硬度試驗其優(yōu)點有：①硬度值與壓頭大小、負(fù)荷值無關(guān)；②無須根據(jù)材料軟硬變換壓頭；③試驗時測量的正方形壓痕輪廓邊緣清晰，便于測量。維氏硬度幾乎被應(yīng)用于所有金屬材料，且是如今應(yīng)用最廣泛的硬度方法之一。維氏硬度試驗時，可以用低壓力和小壓痕得到可靠的試驗值，因此能減少材料的破壞。這種特點使維氏硬度可以用于較薄材料的硬度檢測中，這一點上維氏硬度要優(yōu)于布氏硬度。而在硬度不高的同一均勻材料上，維氏硬度和布氏硬度試驗得出的數(shù)值較為相近。

5.3.1 測試原理

維氏硬度（HV）以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入材料表面，用載荷值除以材料壓痕凹坑的表面積，即為維氏硬度值。

5.3.2 表示方法

日常書寫中，在維氏硬度符號（HV）前面注明硬度值，符號后面寫清試驗力和保持時間，采用規(guī)定的保持時間（10～15s）則不用標(biāo)注。例如：750HV20/30表示用20kgf（196N）試驗力，保持30s測定的維氏硬度值為750，一般簡寫為750HV。又如750HV20表示用20kgf（196N）試驗力，保持10～15s測定的維氏硬度值為750，10～15s為標(biāo)準(zhǔn)時間，不用標(biāo)注，一般簡寫為750HV。這是工程材料檢測中常見的表示方法。

6 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，硬度測試的方法已有很多種?？v觀硬度檢測方法相較于其他質(zhì)量檢測，操作都較為簡單、高效，且所測試件不破壞。硬度測量日后的發(fā)展重點主要在實現(xiàn)在線化和智能化；其次要加強(qiáng)顯微硬度測量技術(shù)研究，探索微觀尺度下硬度的測量方法，開發(fā)相關(guān)儀器設(shè)備，這樣所測出的硬度更接近其結(jié)構(gòu)本身，且更為精確。隨著建筑工程材料檢測的要求越來越嚴(yán)格，對硬度測量技術(shù)進(jìn)一步研究具有十分重要的意義，作為檢測單位，也會提供自己的力量。