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肖氏、洛氏和布氏硬度标尺对比与选择指南

出版日期

2026年8月13日

最后一次修改：

2026年9月11日

模具制造和精密制造专家

专门从事注塑成型、数控加工、高级原型制作和材料科学集成。

硬度是一项非常重要的材料性能，特别是在耐磨应用中。例如，在车床上，切削工具是由硬度足够高的材料制成的，以便切削高速钢等更坚硬的材料。汽车和航空航天行业中的发动机气门、轴承和齿轮均由淬火材料制成，因为它们需要承受巨大的摩擦力和负荷。磨轮和砂盘正因其硬度特性，在材料去除过程中能够高效作业，并具有长期的耐用性。但什么是硬度？

硬度是衡量材料抵抗局部永久变形能力的指标。虽然有些材料天生就很硬，比如钨，但其他材料则是通过热处理等方法获得硬度的。在未进行有效测试的情况下，这些材料无法直接应用于工程领域。工程师可以采用多种方法来测试硬度。在本指南中，我们将探讨三种常见的硬度测试方法：肖氏、洛氏和布氏硬度标尺。本指南还将帮助读者理解这三种硬度标尺的选型标准。在深入探讨这三种硬度标尺之前，有必要先简要讨论一下硬度这一概念。.

材料硬度有哪些不同类型？

尽管各种材料都可被归类为硬质材料，但在不同的载荷作用下，它们的表现却各不相同。例如，某种金属可能承受一次巨大的冲击而不发生破坏；然而，同一种材料却可能无法承受持续载荷，从而发生破坏。这一点应引导工程师进行硬度试验，以便在材料选择上做出合理决策。工程应用中常见的三种硬度试验包括压痕硬度、划痕硬度和回弹硬度。.

压痕硬度

当工程师和冶金学家讨论硬度时，他们实际上指的是压痕硬度。这是因为大多数工程载荷应用都是连续的。压痕硬度是指材料在承受连续载荷时抵抗永久变形的能力。技术人员更关注这种硬度的测量，因为它在工程设计中得到了广泛应用。.

划痕硬度

某些工程材料（如陶瓷）不会发生塑性变形，因此被视为脆性材料。当受到某些力作用时，其表面会产生划痕。从技术角度讲，划痕是指当材料与更锋利、更硬的材料接触时，表层上形成的狭窄且连续的凹痕。材料抵抗表面划痕的能力称为划痕硬度。划痕试验至关重要，特别是在为发动机缸套等摩擦应用选择材料时。缸套的硬度必须高于与其接触的材料。.

回弹硬度或动态硬度

回弹硬度属于弹性硬度的一种。在压痕硬度或划痕硬度测试中，材料通过抵抗塑性变形来作出响应；而在回弹硬度或动态硬度测试中，材料则在受冲击时吸收能量，并将能量回传给压头。压头是冲击的来源。.

测量这些不同类型的硬度需要使用不同的工具。现在，让我们来讨论一下用于测量这些硬度类型的各种硬度标尺。.

什么是肖氏硬度标尺？

肖氏硬度 scale 是一种专门用于测量弹性体材料、塑料及其他聚合物抗压硬度的硬度测量方法。 ^[1]. 在为特定应用选择材料之前，需通过测量来确定该材料的柔韧性、刚度和耐用性。该测量方法使用硬度计进行。.

硬度计是如何工作的？

肖氏硬度计使用带弹簧的钢针或钢锥压入材料中。该仪器显示的数值范围为0-100，可作为材料硬度的指标。对于较硬的材料，读数较高，这意味着测针无法穿透材料。如果刻度显示的数值相对较低，则说明测针深入材料更深，此时该材料被判定为较软。硬度计刻度上的测量值是相对的，其物理单位并非绝对值。.

肖尔硬度计的类型

我们提供多种类型的岸式秤，适用于多种材料的测量，且测量范围各不相同。下表总结了这些秤的类型。.

岸型	应用
A	适用于弹性体、硅胶、TPU以及某些类型的塑料等软质材料。.
D	适用于较硬的材料，例如硬质塑料、尼龙、聚丙烯以及某些类型的橡胶。.
B	用于A级和D级之间的中间材料，例如天然橡胶、氯丁橡胶和三元乙丙橡胶。.
00	适用于凝胶等非常柔软的材料。.
E	适用于低密度泡沫和软质材料。.

肖尔A和肖尔D是两种广泛使用的肖尔硬度等级。肖尔A的典型范围为20-95A，而肖尔B的典型范围为30-90B。.

材料的硬度受多种因素影响。其中一个因素是化学成分和分子结构。具有强共价键的成分通常较硬。肖氏硬度也会随温度变化而变化。温度越高，硬度越低。.

肖氏硬度测试的优缺点

下表总结了肖氏硬度测试的优点和局限性。.

优势

测试速度非常快（通常不到2秒）
便携式设备
样本制备工作量极小
非常适合柔性材料
检测成本低

局限性

不适用于金属
对样品厚度敏感
操作员的技术会影响重复性
温度会影响结果

什么是洛氏硬度？

洛氏硬度试验是将一个淬硬的压头压入待测材料的试样中。该试验采用两步加载法：主载荷和次载荷。试验方法及绘制的图谱取决于所使用的硬度标尺类型。.

洛氏硬度测试是如何进行的？

该试验采用金刚石锥或淬火钢球对被测材料进行压痕试验 ^[2]. 每次进行测试时，都会对试样施加两个载荷。首先，在施加小载荷的情况下，将压头压入材料中，并记录下该小载荷作用下的初始压入深度。在保持小载荷不变的情况下，再施加一个称为大载荷的额外载荷。该大载荷会增加材料的压入深度。随后移除主载荷，使作用力恢复至小载荷状态。.

洛氏硬度值是根据施加和撤除主载荷后压痕深度的增加量计算得出的。.

洛氏硬度标尺的种类

下表列出了排名前五的罗克韦尔硬度 scale 及其应用。硬度 scale 总共有 17 种，每种都有特定的应用场景。.

比例	缩写	主要载荷（千克力）	压头	使用
A	HRA	60	球锥形钻石†	硬质合金、薄钢、浅层渗碳钢
B	HRB	100	1/16 英寸（1.59 毫米）球	铜合金、软钢、铝合金、可锻铸铁
C	HRC	150	球锥形钻石†	钢、不锈钢、硬质铸铁、珠光体可锻铸铁、钛、钛合金、深层渗碳钢、以及硬度高于100 HRB的其他材料
D	HRD	100	球锥形钻石†	薄钢、中度表面淬火钢和珠光体可锻铸铁
E	HRE	100	1/8 英寸（3.18 毫米）圆珠	铸铁、铝合金和镁合金、轴承材料、热固性塑料

洛氏硬度标度的优点与局限性

下表总结了洛氏硬度的优点和局限性。.

优势

高重复性
便于生产
操作员影响最小
非常适合经热处理的金属
快速循环时间

局限性

表面处理会影响结果
薄型材料需要专用秤
不适用于非常软的橡胶

什么是布氏硬度？

布氏硬度是衡量材料抗压痕能力的指标，通过布氏硬度试验测定。在该试验中，将硬钢或硬质合金球在特定载荷作用下压入材料表面，并测量由此形成的压痕直径。 ^[3]. 布氏硬度值（BHN）是通过将施加的力除以压痕的表面积来计算的。该方法通常用于金属测试，可提供有关材料强度及其在各种应用中的适用性的宝贵信息。.

布氏硬度标尺的种类

布氏硬度试验采用单一连续标尺，对于碳化钨球，该标尺以HB或HBW表示。该试验使用约25种标准球径组合，包括1、2.5、5或10毫米。该试验采用1 kgf至3000 kgf的试压载荷，并按载荷与直径之比F/D²进行分组。.

F/D² 通常简称为“比值”。例如，比值为 30 表示 F/D²=30 毫米，而比值为 2.5 表示 F/D²=2.5 毫米。下表列出了布氏硬度测试中常用的比值及其用途。.

比率 (F/D²)	用途
30	适用于钢和铸铁等硬质金属。标准试压力通常为3000 kgf，使用10 mm钢球（HBW 10/3000）。
10	适用于铜合金（如黄铜和青铜）、中硬钢及铸铁。常用载荷为1000 kgf，配10 mm钢球（HBW 10/1000）
5	适用于较软的铜合金和较硬的铝合金
2.5	适用于软质铝和镁合金。.
1	适用于铅、锡和软白金属等极软的金属。.

布氏硬度的优点与局限性

优势

非常适合异质材料
由于压痕较大，因此具有良好的平均化效果
非常适合铸件
在重工业领域被广泛采用

局限性

较大的凹痕会损坏已加工表面
测试过程缓慢
需要进行光学测量
不适用于薄切片

如何比较并选择合适的硬度标尺？

这三种方法都适用，并没有哪一种方法比其他方法更优。不过，如果根据待测材料的特性，所有方法都适用的话，您可以选择一种既快速又经济实惠的方法。肖氏硬度测试时间最短，仅需1-2秒，其次是洛氏硬度，需5-15秒。布氏硬度测试则需30-60秒。就生产应用而言，肖氏和洛氏硬度都能提供出色的测试结果，而布氏硬度则提供中等水平的保障。肖氏硬度适用于橡胶、弹性体和塑料相关材料。在处理工程塑料时，通常选择洛氏硬度。另一方面，若涉及铸件、锻件和粗晶粒金属，则可选择布氏硬度。.