縱觀所有熱處理技術(shù)書(shū)籍，著重探討硬度指標(biāo)的應(yīng)用和解決方案的章節(jié)幾乎沒(méi)有。而在各理工大學(xué)的教材中，關(guān)于硬度的應(yīng)用，也只是以短短的幾張篇幅來(lái)介紹硬度標(biāo)準(zhǔn)的基本概念，并沒(méi)有講解如何應(yīng)用。
怎樣去制定硬度指標(biāo)；怎樣去實(shí)現(xiàn)硬度指標(biāo)的測(cè)量；當(dāng)今的硬度計(jì)的發(fā)展到了怎樣的技術(shù)水平。這些問(wèn)題在熱處理這個(gè)課題里一直都沒(méi)有被充分的重視，更沒(méi)有熱處理專家去專門進(jìn)行研究，并將這幾個(gè)問(wèn)題很好地予以解決。
在實(shí)際工作中，工藝部門負(fù)責(zé)熱處理工藝的編制，而質(zhì)量檢驗(yàn)部門（理化室）負(fù)責(zé)熱處理后的產(chǎn)品硬度的檢驗(yàn)。有的時(shí)候，工藝編制人員從充分體現(xiàn)材料的熱處理結(jié)果的角度出發(fā)，制定硬度指標(biāo)。但這種硬度指標(biāo)的制定往往沒(méi)有充分考慮產(chǎn)品的實(shí)際情況，使得質(zhì)檢人員無(wú)法進(jìn)行檢驗(yàn)工作，導(dǎo)致了
工作矛盾。怎樣解決這一矛盾，這是本文討論的重點(diǎn)。 2. 熱處理工藝編制中硬度指標(biāo)的選擇
對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員和熱處理工藝編制工程師來(lái)說(shuō)，要制定合理的硬度指標(biāo)，首先，必須很好地理解各項(xiàng)硬度標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確含義，然后才可能根據(jù)熱處理工藝及其它的因素來(lái)制定硬度指標(biāo)。
硬度標(biāo)準(zhǔn)的含義及適應(yīng)范圍
什么是硬度，簡(jiǎn)單地說(shuō)，硬度是指物體抵抗外力對(duì)其進(jìn)行變形的能力。這種抵抗力越強(qiáng)，則硬度值越高，反之，硬度就越低。 2.1.1金屬硬度標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾種*1：
金屬布氏硬度HB——采用硬質(zhì)合金球壓頭，在一定的載荷（試驗(yàn)力）下，以壓入金屬的壓痕面積來(lái)衡量金屬的硬度。
金屬洛氏硬度HR——采用圓錐金剛石壓頭，在一定的預(yù)載荷（試驗(yàn)力）和工作載荷（試驗(yàn)力）下，以壓入金屬的壓痕深度差來(lái)衡量金屬的硬度。 金屬維氏硬度HV——采用菱形金剛石壓頭，在一定的載荷（試驗(yàn)力）下，以載荷（試驗(yàn)力）同壓痕的對(duì)角線的平方的比值來(lái)衡量金屬的硬度。 金屬努氏硬度HK——采用橫截面對(duì)角線為1：7的菱形金剛石壓頭，在一定的載荷（試驗(yàn)力）下，以載荷（試驗(yàn)力）同壓痕的長(zhǎng)對(duì)角線的平方的比值來(lái)衡量金屬的硬度。
金屬里氏硬度HL——采用沖擊體，沖擊金屬表面，以距金屬表面1mm處的速度之比，來(lái)衡量金屬的硬度。
金屬肖氏硬度HS——采用沖擊體，沖擊金屬表面，以沖擊體撞擊金屬前和撞擊后的高度之差，來(lái)衡量金屬的硬度。
2.1.2各種金屬硬度適應(yīng)的范圍
如果把硬度比做一個(gè)由低到高的線段，那么每個(gè)硬度指標(biāo)都有它所對(duì)應(yīng)的范圍。見(jiàn)下圖
蓋了金屬所有的硬度范圍。布氏硬度主要用在測(cè)量較軟的金屬硬度上，洛氏硬度主要用在較硬的金屬的硬度測(cè)試上。對(duì)于動(dòng)載荷（試驗(yàn)力）的里氏硬度，其主要適應(yīng)于中等硬度范圍。 2.1.3 各種硬度標(biāo)尺的載荷（試驗(yàn)力）
洛氏（含表面洛氏）硬度標(biāo)尺的載荷（試驗(yàn)力）為：15——150kg
布氏硬度標(biāo)尺的載荷（試驗(yàn)力）為：15.6——3000kg（ISO標(biāo)準(zhǔn)還有更小的載荷（試驗(yàn)力））
維氏（含顯微維氏及努氏）硬度標(biāo)尺的載荷（試驗(yàn)力）為：0.001——100kg
選擇硬度標(biāo)尺的原則
在實(shí)際應(yīng)用中，一般應(yīng)遵照“寧大勿小”的原則來(lái)制定硬度標(biāo)尺，這個(gè)原則包括以下意義： 載荷（試驗(yàn)力）：寧大勿小 壓頭：寧大勿小
為什么應(yīng)該這樣選擇硬度標(biāo)尺那？我們知道，載荷（試驗(yàn)力）越大，壓入的深度就越大，對(duì)樣品的表面粗糙度要求就越低；壓頭尺寸越大，對(duì)組織局部的不均勻性的敏感度就越低，反映材料綜合硬度指標(biāo)的真實(shí)性就越高。所以，在選擇硬度標(biāo)尺時(shí)，應(yīng)該盡可能地采用大載荷（試驗(yàn)力），同時(shí)，應(yīng)該選擇大尺寸的壓頭。
當(dāng)然，在實(shí)際工作中，由于材料的硬度、材料厚度及大小等原因，使得在制定工藝時(shí)不可能都采用 “寧大勿小”的原則，而是應(yīng)該在該原則的基礎(chǔ)上，充分考慮多種因素，選擇適合的硬度標(biāo)尺。怎樣去解決這些問(wèn)題，我們將在以下的內(nèi)容中加以討論。
材料的成分及熱處理工藝對(duì)選擇硬度標(biāo)尺的影響
我們知道，不同的硬度標(biāo)尺，適應(yīng)不同的硬度范圍。而金屬（這里主要是指Fe-C合金，以下同）經(jīng)過(guò)熱加工后的硬度是由金屬材料的成分及熱處理工藝決定的。不同的碳含量，在相同的熱處理工藝下，最終得到的硬度完全不同；相同的碳含量，在不同的熱處理工藝下，最終得到的硬度也完全不同。
根據(jù)金屬材料成分及熱處理工藝對(duì)硬度的影響，推薦選擇的硬度標(biāo)尺，見(jiàn)下表：
材料的組織均勻性對(duì)選擇硬度標(biāo)尺的影響
鍛造件的組織均勻性要好于鑄造件，宏觀硬度也大于鑄鐵件，所以在選
擇硬度標(biāo)尺時(shí)，鍛造件基本都采用洛氏硬度，而鑄造件為了克服組織的不均勻性，通常都采用布氏硬度標(biāo)尺。
當(dāng)然，如果要測(cè)量鑄造件的微觀組織的硬度，應(yīng)該采用維氏硬度。這點(diǎn)將在以下的內(nèi)容中予以敘述。
樣品的尺寸對(duì)選擇硬度標(biāo)尺的影響
樣品的尺寸對(duì)選擇硬度標(biāo)尺非常重要。一般來(lái)說(shuō)，樣品越小，硬度標(biāo)尺的載荷（試驗(yàn)力）就應(yīng)該越小。
對(duì)于非常薄的樣品以及表面熱處理（包括化學(xué)熱處理和感應(yīng)淬火等）的樣品，按照硬度標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，樣品的最小可測(cè)量厚度應(yīng)該大于壓痕深度的8倍。所以，我們?cè)谶x擇硬度標(biāo)尺的時(shí)候，根據(jù)被測(cè)部位的厚度來(lái)選擇相應(yīng)的載荷（試驗(yàn)力），相應(yīng)的對(duì)應(yīng)表如下：
當(dāng)然，根據(jù)“寧大勿小” 的原則，我們?cè)谶x擇硬度標(biāo)尺的時(shí)候，應(yīng)根據(jù)以上表格來(lái)盡可能地選取較大的載荷（試驗(yàn)力）和壓頭。
樣品表面加工余量對(duì)選擇硬度標(biāo)尺的影響
我們知道，任何硬度計(jì)都必須要在樣品表面壓出壓痕。載荷（試驗(yàn)力）越大，壓痕越深。
對(duì)于加工余量少的樣品，一般采用載荷（試驗(yàn)力）較小的表面洛氏或維氏硬度標(biāo)尺。
對(duì)于加工余量大的毛坯件，一般采用載荷（試驗(yàn)力）較大的布氏硬度標(biāo)尺。
樣品表面粗糙度對(duì)選擇硬度標(biāo)尺的影響
載荷（試驗(yàn)力）越小的硬度標(biāo)尺，對(duì)樣品表面粗糙度的要求就越高，載荷（試驗(yàn)力）越大，對(duì)樣品表面粗糙度的要求就越低。反過(guò)來(lái)，如果樣品表面的粗糙度較低，我們一般采用較大載荷（試驗(yàn)力）的硬度標(biāo)尺來(lái)測(cè)試樣品的硬度。
現(xiàn)有硬度計(jì)的技術(shù)水平對(duì)選擇硬度標(biāo)尺的影響上面所述都是理論上的分析，在實(shí)際工作中，僅僅從以上分析來(lái)決定設(shè)計(jì)的硬度標(biāo)尺是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。有些場(chǎng)合，從理論上來(lái)分析，應(yīng)該采用某種硬度標(biāo)尺，但是，實(shí)際上那是不可行的。原因是硬度計(jì)的技術(shù)水平無(wú)法達(dá)到要求。例如：對(duì)于直徑很小的棒材，如果非要測(cè)量其布氏硬度值，那就很不合理。所以，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員和熱處理工藝編制人員，在制定硬度標(biāo)尺時(shí)，必須充分考慮樣品的形狀及測(cè)試部位的條件。
硬度標(biāo)尺的選擇是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合知識(shí)的判斷結(jié)果，在實(shí)際應(yīng)用中決不能照搬照抄、死記硬套。應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)及要求，靈活地給出一個(gè)可執(zhí)行的指標(biāo)，以達(dá)到控制產(chǎn)品質(zhì)量的目的。 3. 質(zhì)量檢查中硬度測(cè)試
硬度測(cè)試是熱處理工藝的最后一個(gè)步驟。它要求檢驗(yàn)人員按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)的要求或者工藝的要求，對(duì)經(jīng)過(guò)熱處理后的工件的硬度指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。
檢測(cè)人員在進(jìn)行硬度測(cè)試時(shí)，應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)要求。
“直接測(cè)試”原則
“直接測(cè)試”是指對(duì)于任何一種硬度標(biāo)尺，應(yīng)該采用其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的載荷（試驗(yàn)力）和壓頭，通過(guò)規(guī)定的計(jì)算方法（包括查表），得到硬度值。
在實(shí)際應(yīng)用中，為了保證測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性，應(yīng)盡可能地避免采用換算的方法得到硬度值，不建議采用數(shù)據(jù)對(duì)比的方法來(lái)獲得所要求的硬度標(biāo)尺的硬度值。
“多次測(cè)試”原則
對(duì)于每個(gè)樣品，作為硬度值，應(yīng)該是一個(gè)范圍。每次測(cè)量都應(yīng)有一定的偏差。“多次測(cè)試”原則就是要求對(duì)同一樣品，在設(shè)計(jì)允許的情況下，應(yīng)盡可能地多測(cè)量幾個(gè)硬度值，以獲取它們的平均值。
樣品表面的粗糙度要求
每種硬度標(biāo)尺，都有一個(gè)最低粗糙度要求。常用的硬度標(biāo)尺對(duì)應(yīng)的表面粗糙度，見(jiàn)下表：
根據(jù)樣品的特點(diǎn)選擇硬度計(jì)
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)在的硬度計(jì)應(yīng)用了大量的高新技術(shù)。新技術(shù)的應(yīng)用，滿足了對(duì)各種不同形狀和條件的樣品進(jìn)行精確的測(cè)試要求，硬度計(jì)已經(jīng)從簡(jiǎn)單的測(cè)試工具發(fā)展成為了具有許多功能的過(guò)程控制硬度計(jì)。同傳統(tǒng)的硬度計(jì)相比，過(guò)程控制硬度計(jì)可以解決過(guò)去無(wú)法解決的硬度測(cè)試問(wèn)題，比如：測(cè)試速度更快，體積更小巧，實(shí)現(xiàn)測(cè)試原理的方法更多，操作更簡(jiǎn)便，讀數(shù)更精確和方便等等。對(duì)于過(guò)去無(wú)法測(cè)試的各種硬度難題，如：溝槽硬度測(cè)試難題、孔內(nèi)壁硬度測(cè)試難題、彎曲薄片硬度測(cè)試難題、平衡支撐問(wèn)題、大型鑄件的硬度測(cè)試難題、維氏及布氏硬度數(shù)顯難題等，現(xiàn)代的硬度計(jì)都已經(jīng)能夠完全解決。使得過(guò)去無(wú)法解決的硬度測(cè)試都能得以實(shí)現(xiàn)。
設(shè)計(jì)工藝部門和質(zhì)量檢測(cè)部門都應(yīng)該經(jīng)常關(guān)注硬度測(cè)試儀器的最新發(fā)展，為提高產(chǎn)品的質(zhì)量控制水平找到更好的方法和裝備。
4. 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)本文的敘述和分析，對(duì)熱處理工藝編制人員在充分體現(xiàn)材料特性的情況下，盡可能地為質(zhì)量檢查人員創(chuàng)造工作的便利，編制可實(shí)現(xiàn)的硬度指標(biāo)提供一些參考；同時(shí)，本文也對(duì)質(zhì)量檢查人員根據(jù)工藝的要求，努力找到相應(yīng)的硬度計(jì)，準(zhǔn)確完成硬度指標(biāo)的測(cè)試工作提供了一定的幫助。
編者注：*1 參見(jiàn)GB/T230.1 GB/T231.1 GB/T4340.1 GB/T18449.1 GB/T17394 GB/T4341