硬度試驗機完整指南：維氏、洛氏、努氏硬度測試原理與選擇

硬度試驗機完整指南：維氏、洛氏、努氏硬度測試原理與選擇｜CNC57硬度試驗, 維氏硬度, HV, 洛氏硬度, HRC, 努氏硬度, HK, 表面洛氏, 試樣厚度, 熱處理品質https://cnc57.com/zh-Hant/technical_information/Hardness-Testing-Guidehttps://cnc57.com/api/cnc57/image/20260323103928775.pngzh-Hant2026-03-232026-07-25

硬度試驗是評估材料強度、耐磨性與熱處理品質的重要方法。本指南系統整理維氏、努氏、洛氏等硬度測試的原理、計算方式與適用範圍,並說明試樣厚度、試驗力與壓痕尺寸的關係,協助提升量測準確性與材料品質判斷能力。

一、硬度測試是什麼

硬度是材料抵抗變形或壓入的能力,廣泛應用於金屬材料強度判定、熱處理品質檢測、表面硬化層分析、焊接與材料組織評估。

二、常見硬度試驗種類

類型	壓頭 / 原理	特點與適用
維氏 HV	鑽石四角錐(136°);以壓痕對角線算面積,試驗力÷接觸面積	適用最廣、高精度,可測薄材料與表面處理層
努氏 HK	菱形(非對稱)壓頭	壓痕較淺,適合微小區域、薄膜與鍍層
洛氏 HR	先初試驗力、再主試驗力,量壓入深度差	HRC 鋼材、HRB 軟金屬、HRA 硬質材料
表面洛氏	試驗力較低	適用薄板與表面硬化層

二之一、維氏與努氏是怎麼算出來的

這兩式決定了前一節那張表為什麼那樣分。F 的單位是牛頓(N)、d 的單位是公釐(mm);常數來自重力加速度換算(1/9.80665 ≒ 0.102),所以每一條都可以自己驗算。

維氏硬度 HV——用對面角 136° 的鑽石正四角錐壓入,量壓痕兩方向對角線長度的平均值 d,以試驗力除以壓痕的接觸面積:

HV = 0.1891 × F / d²

驗算:0.102 × 2 × sin(136°/2) = 0.18915。維氏可用的試驗力範圍最廣,9.807 N 以下的微小硬度領域也用它。

努氏硬度 HK——壓頭是對角分別呈 172°30′ 與 130° 的菱形鑽石四角錐,量的是較長的那條對角線 d,再除以壓痕的投影面積:

HK = 0.1451 × F / d²

驗算:0.102 ÷ 0.07028 = 1.45134。同樣試驗力下努氏壓痕比維氏淺,所以鍍層與微小區域用它。

二之二、洛氏與表面洛氏,差別在初試驗力

壓頭是頂角 120°、尖端曲率半徑 0.2 mm 的鑽石圓錐,或鋼球／超硬合金球。先施加一次初試驗力,再施加主試驗力,然後退回初試驗力,用前後兩次壓入深度的差值算硬度。

初試驗力 98.07 N(10 kgf)是洛氏,29.42 N(3 kgf)是表面洛氏——兩者的差別就在這個數字,不在標尺字母。壓頭種類、試驗力與計算式的組合各有固定符號,就是下一節那兩張表的標尺。

三、硬度試驗選擇原則

依材料與形狀選擇:超硬材料選維氏或努氏;鋼材選洛氏(HRC);薄板/鍍層選表面洛氏或努氏;塑料與橡膠採專用硬度測試。

三之一、材質、形狀與檢查目的,對到哪一種試驗

先從「要判什麼」反推該用哪一種。空白列代表本文這五種都不適合,要改用布氏、肖氏、邵氏或里氏等其他方法。

分類	項目	努氏 (微小維氏)	微小表面 材料特性	維氏	洛氏	表面洛氏
材質	IC 晶片	●	●
材質	超硬合金、陶瓷(切削刀具)		▲	●	●
材質	鋼鐵材料(熱處理材料)	●	▲	●	●	●
材質	非鐵金屬材料	●	▲	●	●	●
材質	塑膠		▲		●
材質	砂輪				●
材質	鑄造物
材質	海綿、橡膠
形狀	薄板(安全剃刀、金屬箔)	●	●	●		●
形狀	薄膜、鍍層、塗裝、表層(氮化層)	●	●
形狀	小型部件、針狀部件(鐘錶、縫紉機針)	●	▲
形狀	大型試樣(結構物)
形狀	金屬材料的組織(多層合金的相別硬度)	●	●
形狀	塑膠板	▲	▲		●
形狀	海綿、橡膠板
檢查、判斷	材料的強度、性質	●	●	●	●	●
檢查、判斷	熱處理過程	●		●	●	●
檢查、判斷	滲碳硬化層厚度	●		●
檢查、判斷	脫碳層厚度	●		●		●
檢查、判斷	火焰、高頻淬火硬化層厚度	●		●	●
檢查、判斷	淬透性試驗			●	●
檢查、判斷	銲接部位的最大硬度			●
檢查、判斷	銲接金屬的硬度			●	●
檢查、判斷	高溫硬度(高溫特性、熱加工性)			●
檢查、判斷	破壞韌性(陶瓷)	●		●

●適合  ▲略微適合  空白:本表五種以外的方法

三之二、洛氏與表面洛氏的標尺一覽

洛氏硬度的標尺、壓頭與適用材料(依 JIS 規定)

標尺	壓頭	試驗力(N)	適用材料
A	鑽石	588.4	鎢鋼、薄鋼板
D	鑽石	980.7	表面滲碳鋼
C	鑽石	1471	鋼(100HRB 以上～70HRC 以下)
F	直徑 1.5875mm 圓球	588.4	軸承合金、退火銅
B	直徑 1.5875mm 圓球	980.7	黃銅
G	直徑 1.5875mm 圓球	1471	硬鋁合金、鈹銅、磷青銅
H	直徑 3.175mm 圓球	588.4	軸承合金、砂輪
E	直徑 3.175mm 圓球	980.7	軸承合金
K	直徑 3.175mm 圓球	1471	軸承合金
L	直徑 6.35mm 圓球	588.4	塑膠、鉛
M	直徑 6.35mm 圓球	980.7	塑膠、鉛
P	直徑 6.35mm 圓球	1471	塑膠、鉛
R	直徑 12.7mm 圓球	588.4	塑膠
S	直徑 12.7mm 圓球	980.7	塑膠
V	直徑 12.7mm 圓球	1471	塑膠

表面洛氏硬度的標尺、壓頭與適用材料(依 JIS 規定)

標尺	壓頭	試驗力(N)	適用材料
15N / 30N / 45N	鑽石	147.1 / 294.2 / 441.3	滲碳、氮化等鋼的薄表面硬化層
15T / 30T / 45T	直徑 1.5875mm 圓球	147.1 / 294.2 / 441.3	低碳鋼、黃銅、青銅等薄板
15W / 30W / 45W	直徑 3.175mm 圓球	147.1 / 294.2 / 441.3	塑膠、鋅、軸承金等
15X / 30X / 45X	直徑 6.35mm 圓球	147.1 / 294.2 / 441.3	塑膠、鋅、軸承金等
15Y / 30Y / 45Y	直徑 12.7mm 圓球	147.1 / 294.2 / 441.3	塑膠、鋅、軸承金等

四、試樣厚度與測試關係(重要)

維氏硬度:試樣厚度需大於壓痕對角線 1.5 倍,壓痕深度約為對角線 1/7;若厚度不足,測量結果會失真、易受基材影響。洛氏硬度:不同硬度尺度對應不同最小厚度,HRC、HRB 等需符合最小厚度限制,表面洛氏適合較薄材料。

維氏硬度符號後面的數字,就是試驗力的 kgf 值——例如 185HV1 代表用 1 kgf(9.807 N)量到 185。下表是常用的對照:

硬度符號	試驗力 F(N)
HV0.0005	4.903×10⁻3
HV0.001	9.807×10⁻3
HV0.002	0.01961
HV0.003	0.02942
HV0.005	0.04903
HV0.01	0.09807
HV0.02	0.1961
HV0.03	0.2942
HV0.05	0.4903
HV0.1	0.9807
HV0.2	1.961
HV0.3	2.942
HV0.5	4.903
HV1	9.807
HV2	19.61
HV3	29.42
HV5	49.03
HV10	98.07
HV20	196.1
HV30	294.2
HV50	490.3

每一列都是「符號上的 kgf 數 × 9.80665」,任何一列都可以自己重算。

五、硬度試驗誤差來源

主要來自壓頭幾何誤差、試驗力誤差、壓痕讀取誤差與試樣表面狀態。表面越平整、清潔,讀值越可靠。材料本身特性見〈金屬材料完整大全〉。

六、硬度試驗應用場景

常見於滲碳層厚度檢測、淬火深度判定、焊接區硬度分析與高溫材料性能評估。

本篇屬〈精密量測完整導讀：先問量什麼，再挑量具、讀規格、查誤差〉這條線,整條線該從哪讀到哪見該篇。