什么是硬度？硬度测定

花岗岩还是大理石，镍还是铝，哪个更硬？到底什么是硬度？我们将在文章中尝试回答这些问题。许多外国科学家处理了确定矿物和物质硬度的问题。其中包括 Albert Schor、Friedrich Moos、Johan August Brinell、William Vickers 等。然而，科学上唯一且普遍接受的计算硬度的方法仍然不存在。

什么是硬度？

科学已知的每种物质都有许多特定的物理特性和品质。本文将讨论什么是硬度。这是一种材料抵抗另一个更耐用的物体（例如，切割或穿孔工具）穿透的能力。

物质的硬度通常以特殊单位测量 - kgf/mm²（千克力每平方毫米面积）。它以拉丁字母 HB、HRC 或 HRB 表示，具体取决于所选的比例。

地球上最坚硬的矿物是钻石。如果我们谈论人造材料，那么最耐用的是富勒石。它是一种在高温（约 300 摄氏度）和极高压力（超过 90,000 个大气压）下形成的分子晶体。据科学家称，富勒石的硬度大约是钻石的一倍半。

什么是硬度？

硬度主要有三种选择：

• 表面（由载荷与打印件表面积之比决定）。
• 投影（负载与压印投影面积的比值）。
• 体积（加载打印体积比）。

除此之外，身体的硬度还分四个范围测量：

1. 纳米硬度（负载小于1 gf）。
2. 显微硬度（1 – 200 gf）。
3. 低负荷下的硬度（200 gf - 5 kgf）。
4. 宏观硬度（大于5 kgf）。

金属的硬度

在门捷列夫周期系统的 104 个元素中，有 82 个是金属。而人类已知的合金总数达到五千种！现代世界中金属的范围非常广泛。这些是军事和化工、冶金、电气工程、航天、珠宝、造船、医药等。

在金属的所有物理化学特性中，硬度远远不是最后的角色。毕竟，她清楚地表明：

• 金属的耐磨程度；
• 耐压性；
• 切割其他材料的能力

除其他外，金属的硬度表明它是否可以在某些机器上进行加工，是否可以抛光等。顺便说一句，科学家早就证明，金属的硬度在很大程度上决定了它的其他机械性能。

铁、铜、铝的硬度是多少？而哪种金属最硬最耐用？

镁和铝是最软的金属之一。它们的硬度值在5 kgf/mm以内变化²。大约两倍的硬度 - 镍和铜（约 10 kgf/mm²）。铁的硬度估计为30 kgf/mm²。嗯，最硬的天然金属包括钛、锇和铱。

硬度测定：方法、方法和途径

身体的硬度如何测量？为此，将所谓的压头引入样品中。它的作用可以由重型金属球、金字塔或金刚石锥体来发挥。压头直接接触后，在试样上留下印记，印记的大小决定了材料的硬度。

在实践中，使用了两组测量硬度的方法：

1. 动态。
2. 动力学.

在这种情况下，可以执行将压头引入主体期间的施加载荷通过刮擦，缩进（最常见），切割或反弹。

今天有几种不同的方法来确定硬度：

• 罗克韦尔；
• 布氏；
• 根据维克斯;
• by Shore;
• 根据莫氏。

据此，材料的硬度等级有很多，它们之间没有直接的关系。基于许多因素（例如，特定材料的特性、实验条件、使用的设备等）选择一种或另一种测量方法。测定金属或矿物硬度的仪器通常称为硬度计。

洛氏法

洛氏硬度值是由金刚石锥体或金属球留在试件表面的压痕深度决定的。此外，它是无量纲的，用字母 HR 表示。太软的材料可能会有负的硬度值。

所谓洛氏硬度计，是上世纪初美国人休·罗克韦尔和斯坦利·罗克韦尔发明的。您可以在下面的视频中看到它是如何工作的。这种方法的一个关键因素是试样的厚度。不应小于压头进入试验体深度的十倍。

根据压头的类型和施加的负载，有三个测量刻度。它们由三个拉丁字母表示：A、B 和 C。洛氏硬度值具有数字形式。例如：25.5 HRC（最后字母表示测试中使用的比例）。

布氏法

布氏硬度值由硬化钢球在被测金属表面留下的压痕直径决定。计量单位为kgf/mm².

该方法由瑞典工程师Johan August Brinell于1900年提出。测试进行如下：首先，设置压头在样品上的预紧力，然后才是主要的。此外，在此负载下的材料可以承受长达 30 秒，然后测量压痕深度。布氏硬度（简称HB）计算为外加载荷与所得打印件表面积之比。

不同材质的一些硬度值（根据布氏硬度计）：

• 木 – 2, 6-7, 0 HB.
• 铝 - 15 HB.
• 铜 – 35 HB.
• 低碳钢 - 120 HB.
• 玻璃 – 500 HB.
• 工具钢 - 650-700 HB.

维氏法

根据维氏法的硬度是通过将金刚石尖端压入样品中来确定的，具有规则的四棱锥形状。去除载荷后，测量材料表面形成的两条对角线，计算算术平均值d（以毫米为单位）。

维氏硬度计非常小巧（见下图）。测试在室温（+20 度）下进行。本体硬度值用字母HV表示。

短法

这种测量硬度的方法是由美国发明家阿尔伯特·肖尔提出的。它也经常被称为“反弹法”。测量肖氏硬度时，标准尺寸和质量的撞针从一定高度落到被测材料的表面上。本实验的关键值是击球手的回弹高度，以常规单位测量。

肖氏硬度的测量范围为 20 至 140 单位。一百个单位对应于 13.6 mm (± 0.5 mm) 的回弹高度。根据标准，这个值就是硬化碳钢的硬度。根据肖氏硬度测量材料硬度的现代设备称为硬度计或硬度计（如下图所示）。

莫氏量表

莫氏硬度等级是相对的，仅适用于矿物质。选取了十种矿物作为参考矿物，按照硬度从高到低排列（见下图）。因此，量表有 10 分（从 1 到 10）。

硬度的矿物学尺度是由德国科学家弗里德里希·穆斯早在 1811 年提出的。尽管如此，它仍然在地质学中使用。

如何在莫氏硬度计上确定特定矿物的硬度？这可以通过仔细检查样品留下的划痕来完成。用指甲、铜币、玻璃片或钢刀都很方便。

所以如果被测矿物在纸上写字不刮，则硬度为1。如果石头很容易用指甲划伤，它的硬度是2。三个点有很容易被小刀划伤的矿物质。如果你需要费力在石头上留下痕迹，那么它的硬度是4或5。硬度6或更高的矿物本身会在刀刃上留下划痕。

总结……

那么什么是硬度？这是身体在局部接触力的影响下抵抗破坏和变形的能力。地球上最坚硬的矿物被认为是钻石，最耐用的金属是铱。在现代科学技术中，使用了几种硬度测量方法（根据布氏、洛氏、维氏、肖氏和莫氏）。