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莫氏硬度1-10对照表(聊聊材料硬度的测试)

100次浏览     发布时间:2024-11-13 08:39:49    

我们在分析有关材料力学性能时,常常会说到其强度、韧性等。其中硬度,也是一个重要的指标。硬度受材料组成、制备工艺、显微结构等多种因素的影响,又对材料的耐磨、抗冲击等性能相关,因此准确地测定硬度,对于材料的开发和性能改进十分重要。

但什么是硬度呢?这个问题看起来十分简单,实际上材料学界却曾有过长时间的争论。最后的结论是:硬度的定义与测试硬度的方法有关。测试硬度的方法有很多。在常见的方法中,莫氏硬度代表的就是材料抵抗破坏的能力;而莫氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度中,代表的则是抵抗塑性形变的能力。

先说说莫氏硬度吧。这是最早出现的一种硬度测定方法,1822年就发明了。方法很简单,就是根据各种矿物相互刻画来确定其硬度。莫氏硬度从1到10一共分为10级(后来扩大到15级),数字大的能划破数字小的矿物的表面。最软是滑石,莫氏硬度为1,最硬的是金刚石,莫氏硬度为10。莫氏硬度代表的不是实测硬度,只是级别符号,各数字之间也不是线性关系或数量关系。莫氏硬度最大的特点是不需要专门的测试仪器,通常用于野外作业或宝石鉴定上。

布氏硬度法在1900年问世,其基本原理是将一硬的物体在静载下压入被测物体表面形成一凹面,以凹面单位面积上的荷载表示被测物体的硬度。这是第一种定量精确表征硬度的方法,其测试结果可以与材料的屈服强度测试结果相互换算。不过,布氏硬度测试法采用的压头是淬火钢球,只适合于测试中等硬度的材料,对于陶瓷等较硬的材料则不适用。

为了能测试高硬度材料,1914年出现了洛氏硬度计。它既可采用钢球做压头,也可换用金刚石做压头,因此可用于包括陶瓷在内的高硬度材料的硬度表征。不过,洛氏硬度计在测量高硬度材料时碰到一个问题:压痕太小无法精确测量面积。为了提高测量精度,便改用测量压痕深度,这样精度的确提高了,但硬度与屈服强度的关系也变得不太清晰了。

1921年开发出来的维氏硬度法很好地解决了这个问题。维氏硬度法将洛氏硬度压头的120°顶角圆锥,改成136°的四面锥体,这样就可以压出较大的正方形,可以较容易地精确计算压痕面积,这样就和布氏硬度法一样,和屈服强度量纲一致,可以方便地换算。所以,这种方法出现后,很快就受到材料界的高度关注和欢迎,并迅速成了主流的研度测试方法。

之后,维氏硬度法的金刚石压头又被制成很小的尺寸,安装在显微镜的物镜前,这样就可针对显微镜下看到的某一组织或某一相进行硬度测试,这就是所谓的“显微硬度法”。显微硬度法很适于测定脆而硬的材料的硬度,比如硬质合金、陶瓷等。

有一个很有意思的现象,人们在测试陶瓷材料的力学性能时,对于硬度的关心程度似乎远不如强度和韧性,和硬度相关的研究似乎也远远没有强度或韧性那么多。是不是大家都觉得陶瓷已经够硬了,强度和韧性才是更急于提高的呢?