硬 度 檢 測(cè) 方 法
在經(jīng)QPQ處理后可以在金屬表面形成一層品質(zhì)優(yōu)良的致密的化合物層。該化合物完全由ε氮化鐵組成，能夠高效地提高金屬表面的硬度、致密性、從而使金屬表面擁有良好的耐磨性能。高硬度、高耐磨性是QPQ的重要技術(shù)指標(biāo)，因此在生產(chǎn)中必須使用正確的方法測(cè)量硬度值。
1.硬度的定義：
硬度，物理學(xué)專業(yè)術(shù)語，材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度，是衡量金屬材料軟硬的一種性能指標(biāo)，可以理解為抵抗彈性變形、塑性變形或破壞的能力或?yàn)椴牧系挚箽堄嘧冃魏头雌茐牡囊环N能力，一般硬度越高，耐磨性就越好。

2.基本概念：
按照測(cè)量的方法可分為三種：
①劃痕硬度： 主要用于比較不同礦物的軟硬程度，方法是選一根一端硬一端軟的棒，將被測(cè)材料沿棒劃過，根據(jù)出現(xiàn)劃痕的位置確定被測(cè)材料的軟硬。定性地說，硬物體劃出的劃痕長(zhǎng)，軟物體劃出的劃痕短。
②壓入硬度：  主要用于金屬材料，方法是用一定的載荷將規(guī)定的壓頭壓入被測(cè)材料，以材料表面局部塑性變形的大小比較被測(cè)材料的軟硬。由于壓頭、載荷以及載荷持續(xù)時(shí)間的不同，壓入硬度有多種，主要是布氏硬度、洛氏硬度、和顯微硬度等幾種。其值表示材料表面抵抗堅(jiān)硬物體壓入的能力。
③回跳硬度： 主要用于金屬材料，方法是使一特制的小錘從一定高度自由下落沖擊被測(cè)材料的試樣，并以試樣在沖擊過程中儲(chǔ)存（繼而釋放）應(yīng)變能的多少（通過小錘的回跳高度測(cè)定）確定材料的硬度。主要是里氏硬度（HL）和肖氏硬度（HS）等幾種。其值代表金屬彈性變形功能的大小。
因此，硬度不是一個(gè)單純的物理量，而是反應(yīng)材料彈性、塑性、強(qiáng)度和韌性的一種綜合性的指標(biāo)。

刻化法測(cè)量硬度，硬度值表示金屬抵抗表面局部破裂的能力。
壓入法（布氏、洛氏、維氏）測(cè)量硬度，硬度值表示材料表面抵抗另一物體壓入時(shí)所引起的塑性變形的能力
回跳法（肖氏、里氏）測(cè)量硬度，硬度值代表金屬彈性變形功能的大小。

實(shí)踐證明，金屬材料的各種硬度值之間，硬度值與強(qiáng)度值之間具有相對(duì)關(guān)系。因?yàn)橛捕戎凳怯善鹗妓苄宰冃慰沽屠^續(xù)塑性變形抗力決定的，材料的強(qiáng)度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就相應(yīng)地越高.

3.硬度的測(cè)量原理：
1： 里氏硬度

用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定速度沖擊試樣表面，用沖頭在距離試樣表面1mm處的回彈速度與沖擊速度之比計(jì)算出的數(shù)值，因LEEB博士提出而得名，故而叫里氏硬度。里氏硬度計(jì)的測(cè)量是基于一種相當(dāng)簡(jiǎn)單的物理動(dòng)態(tài)硬度檢測(cè)原理。通過彈簧力將帶有硬金屬壓頭的沖擊體推向試樣表面，當(dāng)沖擊體撞擊檢測(cè)表面時(shí)會(huì)使表面產(chǎn)生變形，這將導(dǎo)致動(dòng)能的損耗。通過據(jù)表面某一準(zhǔn)確距離處測(cè)得的沖擊和回彈速度計(jì)算出能量損耗，沖擊體內(nèi)部的永久磁鐵在沖擊裝置的單線圈中產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電壓，信號(hào)的電壓與沖擊體的速度成比例，經(jīng)過電子技術(shù)處理的信號(hào)提供硬度讀數(shù)供顯示和儲(chǔ)存。
里氏硬度計(jì)的計(jì)算公式如下：
HL=1000×Vb /Va 
HL————里氏硬度符號(hào)
Va————球頭的沖擊速度，m/s；
Vb————球頭的反彈速度，m/s
優(yōu)點(diǎn)：適用于所有金屬，是生產(chǎn)環(huán)節(jié)檢測(cè)的理想之選，適合重型、大型或已安裝部件的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。肖氏及里氏硬度均屬動(dòng)載測(cè)試法，但肖氏考察的是沖擊體反彈的垂直高度，因此決定了肖氏硬度儀要垂直向下使用，這勢(shì)必在實(shí)際使用中造成很大的局限性；而里氏就不同了，里氏考察的是沖擊體反彈和沖擊的速度，通過速度修正，可在任意方向上使用，極大地方便了使用者。
布、洛、維氏硬度計(jì)體積龐大，不便于在現(xiàn)場(chǎng)使用。里氏硬度儀無需工作臺(tái)，其硬度傳感器小如一只筆，可用手直接操作，無論是大、重型工件還是幾何尺寸復(fù)雜的工件都能容易地檢測(cè)。

2： 布氏硬度

       布氏硬度的測(cè)量原理是用一定載荷P(kgf)，把直徑為D（mm）的淬火鋼球或硬質(zhì)合金頭壓入被測(cè)金屬的表面，保持一定時(shí)間后卸載，根據(jù)金屬壓痕的表面積F（mm2),除載荷所得的商值即為布氏硬度，其符號(hào)用HB表示，代表單位壓痕面積上所承受的壓力，一般不標(biāo)出單位。

優(yōu)點(diǎn)：  硬度值代表性全面，因壓痕大，能反映較大范圍內(nèi)金屬各組成相影響的綜合性能，而不受個(gè)別組成相及微小不均勻度的影響，適用于測(cè)定灰口鑄鐵，軸承合金和具有粗大晶粒的金屬材料；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性好，與強(qiáng)度有一定換算關(guān)系。
缺點(diǎn)：由于壓頭為淬火鋼球，由于鋼球自身的變形問題，適用于HB<450的硬度范圍。

3： 洛氏硬度

洛氏硬度是目前使用最為廣泛的實(shí)驗(yàn)方法，和布氏硬度一樣，也是一種壓入硬度實(shí)驗(yàn)方法，但它不是測(cè)量壓痕面積，而是測(cè)量壓痕深度，以深度大小表示材料的硬度值。

洛氏硬度的壓頭采用錐角為120°的金剛石圓錐或直徑為1.588mm（1/6 inch)的鋼球。載荷分兩次加，先加初載P1，然后加主載荷P2，其總載荷為P=P1+P2.
金屬越硬，壓痕深度越?。唤饘僭杰?，壓痕深度越大。若直接以深度h作為硬度值，會(huì)出現(xiàn)材料越軟，h值反而越大的情況。為了適應(yīng)人們認(rèn)為硬度越高，材料越硬的習(xí)慣相一致，認(rèn)為規(guī)定以常數(shù)K減去h值作為落實(shí)硬度值的指標(biāo)，并規(guī)定每0.002mm為一個(gè)洛氏硬度單位，用符號(hào)HR表示：

優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便快速，壓痕小，測(cè)量迅速簡(jiǎn)便，效率高直接在工件表面進(jìn)行測(cè)試，可測(cè)量各種金屬的硬度，可測(cè)定較薄工件的硬度。
缺點(diǎn)：壓痕小測(cè)量精度低，需要多次測(cè)量取平均值。

4： 維氏硬度

由英國(guó)科學(xué)家維克斯首先提出。以49.03~980.7N（5kg~10kg）的負(fù)荷,將相對(duì)面夾角為136°的方錐形金剛石壓入器壓材料表面,保持規(guī)定時(shí)間后，用測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，再按公式來計(jì)算硬度的大小。它適用于較大工件和較深表面層的硬度測(cè)定。維氏硬度尚有小負(fù)荷維氏硬度，試驗(yàn)負(fù)荷1.961~<49.03N，它適用于較薄工件、工具表面或鍍層的硬度測(cè)定；顯微維氏硬度，試驗(yàn)負(fù)荷<1.961N，適用于金屬箔、極薄表面層的硬度測(cè)定。
HV-適用于顯微鏡分析。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器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度值(HV)。顯微硬度計(jì)和和維氏硬度計(jì)所用的載荷分別為1kg、2kg、3kg、5kg、10kg、20kg、30kg、50kg、100kg、120kg等，常用的為1kg、2kg、5kg、10kg、30kg、50kg。
載荷的大小主要取決于試件的厚度

維氏硬度計(jì)算公式為：

值根據(jù)試驗(yàn)力的不同范圍，維氏硬度試驗(yàn)分為三種形式：
①維氏硬度計(jì)：一般指最大負(fù)荷在10-50公斤的維氏硬度試驗(yàn)機(jī)。
②小負(fù)荷維氏硬度計(jì)：一般指最大負(fù)荷在5公斤的維氏硬度試驗(yàn)機(jī)。
③顯微維氏硬度計(jì)：一般指最大負(fù)荷在1公斤的維氏硬度試驗(yàn)機(jī)。

樣品要求
雖然維氏硬度既可以測(cè)量較軟的材料，又可以測(cè)量較硬的材料，但它對(duì)試樣同樣有著自己的要求。只有選擇合適的試樣，才能避免由此帶來的誤差，得到準(zhǔn)確的維氏硬度值。

維氏硬度測(cè)試樣品的要求大致如下：
試樣外表要求
QPQ試樣表面應(yīng)光滑平整，不能有雜物，不能有油污。一般的，維氏硬度試樣表面粗糙度參數(shù)Ra不大于0.40μm，小負(fù)荷維氏硬度試樣不大于0.20μm，顯微維氏硬度試樣不大于0.10μm。（μm是表面粗糙度參數(shù)Ra的單位。）

試樣制備的要求:
QPQ試樣制備過程中，應(yīng)盡量減少過熱或者冷作硬化等因素對(duì)表面硬度的影響。
此外，對(duì)于小截面或者外形不規(guī)則的試樣，如球形、錐形，需要對(duì)試樣進(jìn)行鑲嵌或者使用專用平臺(tái)。

優(yōu)點(diǎn)：維氏硬度測(cè)量范圍寬廣，可以測(cè)量工業(yè)上所用到的幾乎全部金屬材料，從很軟的材料（幾個(gè)維氏硬度單位）到很硬的材料（3000個(gè)維氏硬度單位）都可測(cè)量。硬度值與試驗(yàn)力的大小無關(guān)，只要是硬度均勻的材料，可以任意選擇試驗(yàn)力，其硬度值不變。這就相當(dāng)于在一個(gè)很寬的硬度范圍內(nèi)具有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)度。不存在壓頭變形的問題，壓痕輪廓清晰，精確可靠。

缺點(diǎn)：測(cè)量前需要先測(cè)量對(duì)角線長(zhǎng)度，然后校正后進(jìn)行測(cè)量，效率不如洛氏硬度試驗(yàn)高。
對(duì)于試樣表面的光潔度要求較高，通常需要制作專用的試樣，操作不方便，通常只在實(shí)驗(yàn)室中使用。