硬 度 檢 測 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，因此在生產(chǎn)中必須使用正確的方法測量硬度值。
1.硬度的定義：
硬度，物理學專業(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，可以理解為抵抗彈性變形、塑性變形或破壞的能力或為材料抵抗殘余變形和反破壞的一種能力，一般硬度越高，耐磨性就越好。

2.基本概念：
按照測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，將被測材料沿棒劃過，根據(jù)出現(xiàn)劃痕的位置確定被測材料的軟硬。定性地說，硬物體劃出的劃痕長，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)定的壓頭壓入被測材料，以材料表面局部塑性變形的大小比較被測材料的軟硬。由于壓頭、載荷以及載荷持續(xù)時間的不同，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材料的試樣，并以試樣在沖擊過程中儲存（繼而釋放）應(yīng)變能的多少（通過小錘的回跳高度測定）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，硬度不是一個單純的物理量，而是反應(yīng)材料彈性、塑性、強度和韌性的一種綜合性的指標。

刻化法測量硬度，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）測量硬度，硬度值表示材料表面抵抗另一物體壓入時所引起的塑性變形的能力
回跳法（肖氏、里氏）測量硬度，硬度值代表金屬彈性變形功能的大小。

實踐證明，金屬材料的各種硬度值之間，硬度值與強度值之間具有相對關(guān)系。因為硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續(xù)塑性變形抗力決定的，材料的強度越高，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。里氏硬度計的測量是基于一種相當簡單的物理動態(tài)硬度檢測原理。通過彈簧力將帶有硬金屬壓頭的沖擊體推向試樣表面，當沖擊體撞擊檢測表面時會使表面產(chǎn)生變形，這將導致動能的損耗。通過據(jù)表面某一準確距離處測得的沖擊和回彈速度計算出能量損耗，沖擊體內(nèi)部的永久磁鐵在沖擊裝置的單線圈中產(chǎn)生一個感應(yīng)電壓，信號的電壓與沖擊體的速度成比例，經(jīng)過電子技術(shù)處理的信號提供硬度讀數(shù)供顯示和儲存。
里氏硬度計的計算公式如下：
HL=1000×Vb /Va 
HL————里氏硬度符號
Va————球頭的沖擊速度，m/s；
Vb————球頭的反彈速度，m/s
優(yōu)點：適用于所有金屬，是生產(chǎn)環(huán)節(jié)檢測的理想之選，適合重型、大型或已安裝部件的現(xiàn)場檢測。肖氏及里氏硬度均屬動載測試法，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，這勢必在實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、維氏硬度計體積龐大，不便于在現(xiàn)場使用。里氏硬度儀無需工作臺，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雜的工件都能容易地檢測。

2： 布氏硬度

       布氏硬度的測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)合金頭壓入被測金屬的表面，保持一定時間后卸載，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，其符號用HB表示，代表單位壓痕面積上所承受的壓力，一般不標出單位。

優(yōu)點：  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，而不受個別組成相及微小不均勻度的影響，適用于測定灰口鑄鐵，軸承合金和具有粗大晶粒的金屬材料；實驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復性好，與強度有一定換算關(guān)系。
缺點：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驗方法，和布氏硬度一樣，也是一種壓入硬度實驗方法，但它不是測量壓痕面積，而是測量壓痕深度，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，會出現(xiàn)材料越軟，h值反而越大的情況。為了適應(yīng)人們認為硬度越高，材料越硬的習慣相一致，認為規(guī)定以常數(shù)K減去h值作為落實硬度值的指標，并規(guī)定每0.002mm為一個洛氏硬度單位，用符號HR表示：

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

4： 維氏硬度

由英國科學家維克斯首先提出。以49.03~980.7N（5kg~10kg）的負荷,將相對面夾角為136°的方錐形金剛石壓入器壓材料表面,保持規(guī)定時間后，用測量壓痕對角線長度，再按公式來計算硬度的大小。它適用于較大工件和較深表面層的硬度測定。維氏硬度尚有小負荷維氏硬度，試驗負荷1.961~<49.03N，它適用于較薄工件、工具表面或鍍層的硬度測定；顯微維氏硬度，試驗負荷<1.961N，適用于金屬箔、極薄表面層的硬度測定。
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)。顯微硬度計和和維氏硬度計所用的載荷分別為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

維氏硬度計算公式為：

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

樣品要求
雖然維氏硬度既可以測量較軟的材料，又可以測量較硬的材料，但它對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，得到準確的維氏硬度值。

維氏硬度測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表面硬度的影響。
此外，對于小截面或者外形不規(guī)則的試樣，如球形、錐形，需要對試樣進行鑲嵌或者使用專用平臺。

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

缺點：測量前需要先測量對角線長度，然后校正后進行測量，效率不如洛氏硬度試驗高。
對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，通常只在實驗室中使用。