维氏/布氏/洛氏硬度如何一次测准？——从选型、取样到不确定度评估的完整指南

硬度测试的目的不是“得一个数”，而是稳定地得到可追溯的数。要做到这一点，先把选型问题一次搞定。

一、制式选型的四要素
1）材料：钢、铝合金、铜合金、陶瓷、渗碳层……不同材料的塑性/弹性差异明显。钢与铸铁常用 洛氏/布氏；薄件、渗碳层与涂层更适合 维氏/显微维氏/努氏。
2）厚度：布氏压痕深、对厚度要求更高；维氏可测薄层。一般建议材料厚度 ≥ 10 倍压痕深度。
3）表面处理：电镀/渗碳/氮化/喷丸会改变表层结构；若关注表面层性能，选 HV0.2–HV1 级的显微维氏。
4）形状：圆柱、球面、带孔件要考虑夹具与定位；对大件选 便携式/里氏硬度 进行筛查，再用台式硬度计复核关键位置。

二、试样准备：90% 的稳定性来自这里

平整与清洁：粗糙度建议 Ra≤0.8 μm（维氏显微可更低）；油污与氧化皮必须去除。

切割与嵌镶：热影响区会软化/硬化，尽量采用低热切割；小件可用冷镶嵌环氧固定，保证边缘不塌陷。

抛光：从 320# 到 1200# 依次磨削，最后用 1 μm 氧化铝抛光；对显微维氏，抛光质量比载荷更关键。

三、载荷/保持时间与读数

洛氏：预载荷 10 kgf，主载荷按标尺（HRA/HRC/HRB…）设定，常见 HRC 保持 2–6 s；

布氏：试验力与球直径组合（如 HBW 2.5/187.5）；

维氏：HV 0.2–30 的载荷范围广，保持 10–15 s。
读数环节，注意 压痕对角线/直径测量误差 和 光学对焦；显微维氏建议用自动读数与图像处理，减少主观差异。

四、影响因素与控制

温度与振动：室温 23±5℃，远离振源；

夹持与水平：薄件加背垫，凹面/管材用 V 型支座；

间距与边距：压痕间距 ≥ 3 倍压痕直径，边距 ≥ 2 倍压痕直径；

方向效应：纤维组织或轧制纹理明显时，沿不同方向取点并取平均。

五、校准与溯源

力值/压头/读数系统 三要素校准不可少；

定期用硬度标准块检验（上、中、下三个等级）；

保存“原始曲线/压痕照片/人员签名”以通过体系审核。

六、不确定度简化预算（示例）
合成不确定度可包含：力值、时间、读数分辨率、压痕测量偏差、重复性、标准块传递不确定度。用 RSS 计算合成标准不确定度，再扩展 k=2 给出 U，让检测报告“能自证”。

七、案例速写
某齿轮厂渗碳层 0.8 mm，显微维氏 HV0.5 分层测量，按 0.1 mm 间距绘制硬度梯度曲线，结果用作淬火工艺优化依据；台式洛氏用于生产快速放行，二者配合实现“准确+高效”。

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