金属洛氏硬度试验（Rockwell Hardness Test） 金属洛氏硬度试验是应用最广泛的金属硬度检测方法之一，核心原理是通过 “初载荷 + 主载荷” 的分步施压方式，测量压头在金属表面留下的 “残留压痕深度”，并据此换算成洛氏硬度值（HR）。其最大优势是压痕小、检测速度快、适用硬度范围极广，可覆盖从软铝到超硬硬质合金的几乎所有金属材料。
一、核心原理 洛氏硬度试验通过 “消除表面不平影响→产生塑性变形→测量真实压痕” 的三步逻辑实现，具体过程如下： 施加初载荷（F₀）：先施加较小的固定初载荷（通常为 10kgf），目的是让压头轻微嵌入试样表面，消除试样表面微小凹凸的影响，确保后续测量的是 “纯粹的材料塑性变形深度”。 施加主载荷（F₁）：在初载荷基础上，叠加更大的主载荷（根据标尺不同，为 60/100/150kgf），使压头压入试样，产生明显的塑性变形。 卸除主载荷、保留初载荷：卸除主载荷后，试样会因弹性变形发生部分回弹，此时仅保留初载荷，测量 “回弹后的残留压痕深度（h）”。 计算硬度值：洛氏硬度值（HR）与残留压痕深度成反比，公式简化为： HR = K - (h / 0.002) 其中，K是与压头类型相关的常数（金刚石压头 K=100，钢球压头 K=130），0.002mm是硬度值的 “深度分度单位”—— 即残留深度每增加 0.002mm，HR 值减少 1。
二、关键要素：压头与洛氏标尺 洛氏硬度的 “通用性” 源于其多标尺设计—— 通过搭配不同类型的压头和载荷，适配不同硬度范围的金属材料。常用标尺及参数如下表所示： 洛氏标尺 压头类型 总载荷（F₀+F₁） 适用材料类型 硬度范围（HR） 典型应用场景 HRC 120° 圆锥金刚石压头 150kgf 高硬度金属（淬火钢、工具钢） 20-70 HRC 刀具、轴承、齿轮、淬火零件 HRB φ1.588mm（1/16 英寸）钢球 100kgf 中低硬度金属（软钢、铝合金） 20-100 HRB 低碳钢板、铝型材、黄铜管件 HRA 120° 圆锥金刚石压头 60kgf 超硬材料（硬质合金、陶瓷） 70-85 HRA 硬质合金刀具、陶瓷涂层、高速钢 HRD 120° 圆锥金刚石压头 100kgf 中高硬度金属（调质钢、不锈钢） 40-77 HRD 不锈钢板材、调质后的机械零件 HRF φ3.175mm（1/8 英寸）钢球 60kgf 极软金属（纯铝、纯铜） 40-100 HRF 纯铝箔、纯铜带
三、试验设备组成 洛氏硬度计结构相对简单，核心组件包括 4 部分： 主机框架：提供稳定的加载基础，确保载荷施加时无偏移。 压头组件：可更换的压头（金刚石压头 / 钢球压头），需定期校准以保证形状精度（如金刚石圆锥顶角 120° 误差≤0.5°）。 载荷系统：通过砝码或液压 / 电动装置，jingque施加初载荷和主载荷（载荷误差需≤±1%）。 深度测量系统：通过指针表盘或电子传感器，测量残留压痕深度，精度需达到 0.001mm（电子硬度计精度更高）。
四、标准操作步骤（GB/T 230.1-2018 / ISO 6508-1） 试样准备 表面粗糙度：试样检测面需平整、无氧化皮 / 油污 / 划痕，粗糙度 Ra≤1.6μm（粗糙表面需打磨抛光）。 厚度要求：试样最小厚度≥压痕深度的 10 倍（通常≥2mm），避免压头穿透试样影响结果；若试样较薄（如箔材），需垫刚性基板（如硬钢块）。 试样固定：确保试样在加载时无松动或变形（如用夹具固定薄片试样）。 设备校准 每次试验前，需用标准硬度块（如 HRC50±2 标准块）校准设备：在标准块上测 3 次，误差需在标准允许范围内（通常 ±1 HR）。 加载与读数 将试样放在工作台上，转动手轮使压头轻触试样表面，施加初载荷（指针归零或电子屏显示 “初载完成”）。 缓慢施加主载荷（加载时间 3-5s），保持载荷 1-2s 后卸除主载荷。 读取初载荷下的硬度值（表盘指针稳定后读数，电子硬度计直接显示数字）。 数据处理 同一试样需在不同位置测 3-5 次（间距≥压痕直径的 3 倍，且离试样边缘≥2.5mm），取平均值作为最终结果。 若单次测量值与平均值偏差＞2 HR，需重新检查试样或设备。
五、应用场景 洛氏硬度试验因 “压痕小、效率高” 的特点，广泛应用于工业生产和材料研发： 成品 / 半成品检测：如淬火后的轴承套圈、刀具刃口，可直接检测且不影响产品使用（压痕直径通常＜1mm）。 批量质量控制：生产线快速抽检（单试样检测时间＜10s），适合汽车、机械制造的批量零件。 材料工艺验证：如验证热处理效果（淬火后 HRC 值是否达标）、评估合金材料的硬度均匀性。
六、优缺点分析 优点 缺点 1. 适用硬度范围广（HRA/HRC 覆盖 20-85 HR，HRB/HRF 覆盖 20-100 HR） 1. 对试样表面要求高，粗糙 / 有氧化皮会导致误差大 2. 压痕小（直径 0.2-1mm），不损伤成品 2. 压痕小导致 “代表性不足”，不适用于不均匀材料（如铸件、复合材料） 3. 操作简单，读数直观（表盘 / 电子显示） 3. 不同标尺的 HR 值不可直接换算（如 HRC50≠HRB100） 4. 检测速度快，无需测量压痕尺寸（区别于布氏硬度） 4. 薄试样（＜2mm）需垫基板，可能引入误差
七、注意事项 禁止用钢球压头检测硬度＞HRB100 的材料（钢球会变形，导致结果偏低）。 金刚石压头禁用於检测软金属（如纯铝），避免压头被 “粘住” 或划伤。 试样若有内应力（如冷加工后的材料），需先去应力退火，否则测量结果波动大。 洛氏硬度试验是金属材料检测的 “常规武器”，但需根据材料硬度选择合适标尺，严格控制试样制备和设备校准，才能保证结果准确可靠。
塑料洛氏硬度测试是表征中高硬度塑料（如工程塑料、硬质热固性塑料）抵抗局部压痕变形能力的常用力学测试方法，核心原理是通过特定压头在 “初载荷 + 主载荷” 作用下产生的压痕深度差，计算出反映材料硬度的洛氏硬度值。其测试精度高于邵氏硬度，更适合需要量化评估材料刚性、耐磨性的场景（如塑料齿轮、外壳、结构件）。 一、测试核心原理 洛氏硬度测试的本质是 “压痕深度差与硬度的负相关关系”：压头（通常为钢球或金刚石圆锥）先施加较小的初载荷（F₀） ，消除试样表面微小不平的影响，记录初始压痕深度（h₀）；随后施加主载荷（F₁） 并保持一定时间（应对塑料的 “蠕变” 特性），记录总压痕深度（h₁）；卸载主载荷后，材料弹性形变恢复，最终残留压痕深度为（h₂）。 塑料洛氏硬度值（HR）通过公式计算： HR = K - (h₂ - h₀)/C K：常数（随压头类型而定，钢球压头 K=130，金刚石圆锥 K=100）； C：深度系数（通常为 0.002mm，即压痕深度每增加 0.002mm，硬度值降低 1）。
二、关键测试要素（设备与参数） 塑料洛氏硬度测试需严格控制以下要素，避免结果偏差，核心依据为guojibiaozhun（ISO 2039-2）、美国标准（ASTM D785）或中国标准（GB/T 3398.2）。 要素分类 具体要求 压头类型 塑料优先使用钢球压头（避免金刚石圆锥压头过度破坏塑料结构），常用规格：1/8 英寸（3.175mm）或 1/4 英寸（6.35mm）。 载荷分级 初载荷（F₀）：通常为 10kgf（≈98N）； 主载荷（F₁）：根据塑料硬度选择，分为 3 种标尺（见下表）。 保载时间 施加主载荷后需保持 15~60 秒（塑料存在蠕变，保载不足会导致压痕偏浅、硬度值偏高）。 试样要求 1. 厚度：≥6mm（至少为压痕深度的 10 倍，避免压头压穿试样接触支撑台，导致结果偏高）； 2. 表面：平整、无划痕 / 气泡，粗糙度 Ra≤1.6μm； 3. 状态：测试前需在（23±2）℃、（50±5）% RH 环境下放置 24 小时，消除温湿度对塑料形变的影响。 塑料洛氏硬度常用标尺（载荷与适用材料） 不同标尺对应不同总载荷（F₀+F₁），需根据塑料硬度匹配，避免载荷过小压痕不明显、载荷过大试样破裂。 标尺代号 总载荷（kgf） 压头规格 适用塑料类型 HRM 60 1/8 英寸钢球 中硬塑料（如 ABS、PC、PA66） HRR 100 1/8 英寸钢球 较硬塑料（如 POM、PSU、硬质 PVC） HRL 150 1/4 英寸钢球 特硬塑料（如酚醛树脂、环氧玻璃布层压板）
三、标准测试流程（以 GB/T 3398.2 为例） 试样准备：切割试样至规定尺寸（厚度≥6mm，面积≥10mm×10mm），打磨表面至符合粗糙度要求，按环境条件预处理。 设备校准：使用标准硬度块（如 HRM 标准块）校准硬度计，确保初载荷、主载荷误差≤±1%，压头无磨损。 放置试样：将试样平稳放在测试台上，确保压头与试样表面垂直（倾斜会导致压痕变形，结果偏差）。 施加初载荷：缓慢加载至 10kgf，保持 5 秒，记录初始深度 h₀。 施加主载荷：在 10 秒内平稳加载至总载荷（如 HRM 标尺为 60kgf），保持 30 秒（应对蠕变），记录总深度 h₁。 卸载与读数：卸载主载荷至初载荷，保持 5 秒，记录残留深度 h₂；设备自动计算并显示洛氏硬度值（HR）。 重复测试：在试样不同位置（间距≥压痕直径的 3 倍）测试 3~5 次，取平均值作为最终结果（剔除异常值，如压痕边缘破裂的数值）。
四、主要影响因素与误差控制 塑料的 “弹性 - 塑性形变特性” 和 “环境敏感性” 使其硬度测试结果易受干扰，需重点控制以下因素： 影响因素 对结果的影响 控制方法 试样厚度不足 压头压穿试样接触支撑台，压痕深度偏浅，硬度值偏高。 确保厚度≥6mm，若厚度不足，可叠加相同材料试样（需保证叠加面无间隙）。 温湿度波动 温度升高→塑料软化→压痕加深→硬度值偏低；湿度升高→吸湿性塑料（如 PA）膨胀→硬度值波动。 测试环境严格控制在（23±2）℃、（50±5）% RH，试样预处理后立即测试。 保载时间不足 塑料蠕变未充分发生，压痕深度偏浅，硬度值偏高。 严格按标准保载 15~60 秒（软塑料保载时间长，硬塑料可稍短）。 压头磨损 钢球表面划伤或变形→压痕面积变大→深度偏深→硬度值偏低。 每测试 50 个试样后检查压头，定期用显微镜观察钢球圆度，磨损超限时更换。 加载速度过快 产生 “冲击效应”，塑料局部形变过大→压痕偏深→硬度值偏低。 加载速度控制在（2~5）kgf/s，避免突然加载。
五、与其他塑料硬度测试的区别（以邵氏硬度为例） 塑料硬度测试中，洛氏硬度与邵氏硬度（Shore Hardness）最易混淆，二者适用场景差异显著： 对比维度 塑料洛氏硬度（HR） 邵氏硬度（Shore A/D） 适用材料 中高硬度塑料（工程塑料、硬质热固性塑料） 软质弹性体（橡胶、TPU）、软塑料（PE、软 PVC） 压头与载荷 钢球压头，载荷较大（60~150kgf） 锥形 / 针形压头，载荷极小（≤1kgf） 测试精度 高（压痕深度差量化计算，重复性好） 较低（依赖弹性恢复速度，受操作者影响大） 结果意义 反映材料 “刚性 + 抗塑性形变能力”，与耐磨性相关 反映材料 “弹性模量”，与柔软度、回弹性相关
六、测试应用场景 质量控制：检测同一批次塑料的硬度一致性（如注塑件是否因工艺波动导致硬度偏差）； 材料选型：对比不同塑料的硬度（如选择硬度更高的 POM 替代 PA6，提升齿轮耐磨性）； 老化评估：通过测试老化前后（如热老化、紫外老化）的硬度变化，判断材料老化程度（如塑料老化后通常变硬、变脆，硬度值升高）； 产品合规：部分行业标准（如汽车内饰件、电子外壳）对塑料硬度有明确要求，需通过洛氏硬度测试验证合规性。 塑料洛氏硬度测试的核心是通过标准化的载荷、压头和流程，量化材料抵抗压痕的能力，其结果的准确性依赖于严格的试样准备、环境控制和设备校准。实际测试中需根据塑料硬度选择合适的标尺（如 HRM、HRR），并注意与邵氏硬度的适用场景区分，避免误用。