不透明度
[拼音]：yingdu
[外文]：hardness
固體材料對外界物體機械作用（如壓陷、刻劃）的區域性抵抗能力。它反映固體中物質凝聚或結合強弱的程度。為了比較各種固體物質的軟硬，學者和工程師們定出多種不同的硬度標準及其測量方法和測量條件，歸納起來有劃痕硬度、壓入硬度和回跳硬度三種。
劃痕硬度
1722年，法國的R.-A.F.de列奧米爾首先提出了極粗糙的劃痕硬度測定法。此法是以適當的力使被測材料在一根由一端硬漸變到另一端軟的金屬棒上劃過，根據棒上出現劃痕的位置確定被測材料的硬度。1822年，F.莫斯以十種礦物的劃痕硬度作為標準，定出十個硬度等級，稱為莫氏硬度。十種礦物的莫氏硬度級依次為：金剛石(10)，剛玉(9)，黃玉(8)，石英(7)，長石(6)，磷灰石(5)，螢石(4)，方解石(3)， 石膏(2)，滑石(1)。其中金剛石最硬，滑石最軟。莫氏硬度標準是隨意定出的，不能精確地用於確定材料的硬度，例如10級和9級之間的實際硬度差就遠大於 2級和 1級之間的實際硬度差。但這種分級對於礦物學工作者野外作業是很有用的。
壓入硬度
用一定的載荷將規定的壓頭壓入被測材料，根據材料表面區域性塑性變形的程度比較被測材料的軟硬，材料越硬，塑性變形越小。壓入硬度在工程技術中有廣泛的用途。壓頭有多種，如一定直徑的鋼球、金剛石圓錐、金剛石四稜錐等。載荷範圍為幾克力至幾噸力（即幾十毫牛頓至幾萬牛頓）。壓入硬度對載荷作用於被測材料表面的持續時間也有規定。主要的壓入硬度有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等。
布氏硬度
布氏硬度是瑞典工程師J.A.布里涅耳於1900年提出的。它在工程技術特別是機械和冶金工業中廣泛使用。布氏硬度的測量方法是用規定大小的載荷P，把直徑為D的鋼球壓入被測材料表面，持續規定的時間後解除安裝，用載荷值（千克力，1千克力等於9.80665牛頓）和壓痕面積（平方毫米）之比定義硬度值。布氏硬度HB的計算式為：
式中d為壓痕的直徑。
1908年德國的E.邁耶爾指出，若要使不同直徑的鋼球在同一材料上測得同樣的硬度，就需要改變載荷值，使壓痕保持幾何相似，相似條件為：
，
式中P1、D1和P2、D2分別為兩組測量條件中的載荷值和鋼球直徑。
若D=10毫米，P=3000千克力，載荷持續時間10秒，則硬度數可直接寫在布氏硬度符號後面，例如HB250。若是其他測定條件，則應將條件用小號字寫在布氏硬度符號後面，例如，HB
100表示在D＝5毫米、P＝250千克力、載荷持續時間為30秒的條件下測得布氏硬度數為100。布氏硬度測定法只能在硬度不高於 HB450的情況下使用。因為太硬的材料會使鋼球明顯變形。布氏硬度測定法比較費時。為了在測定時得到清晰的壓痕，試樣必須經過表面準備和打磨等處理。在製作完畢的機械零件上作布氏硬度測定，會由於壓痕過大影響零件的正常裝配和使用效能。因此布氏硬度測定法不適於檢測大批量生產的零件。
洛氏硬度
這種硬度測定法是美國的S.P.洛克韋爾於1919年提出的，它基本上克服了布氏測定法的上述不足。洛氏硬度所採用的壓頭是錐角為120°的金剛石圓錐或直徑為1/16英寸（1英寸等於25.4毫米）的鋼球，並用壓痕深度作為標定硬度值的依據。測量時，總載荷分初載荷和主載荷（總載荷減去初載荷）兩次施加，初載荷一般選用10千克力，加至總載荷後卸去主載荷，並以這時的壓痕深度來衡量材料的硬度。洛氏硬度記為HR，所測數值寫在HR後，洛氏硬度值計算公式為：
，
式中h表示塑性變形壓痕深度（毫米）；k是規定的常量；分母中的 0.002(毫米)是每洛氏硬度單位對應的壓痕深度。對應於金剛石圓錐壓頭的k=0.20（毫米），對應於鋼球壓頭的k=0.26（毫米）。
為了適應極寬闊的測量範圍，可採用改變載荷和更換壓頭兩種辦法。不同的載荷和壓頭組成不同的洛氏硬度標尺，常用的標尺有A、B、C三種。標尺B用於中等硬度的金屬材料，如退火的低碳鋼和中碳鋼、黃鋼、青銅和硬鋁合金；壓頭為直徑1/16英寸的鋼球;載荷為100千克力。其標尺範圍是由HRB0到HRB100，硬度高於HRB 100時鋼球可能被壓扁。 標尺C用於硬度高於HRB100的材料，如淬火鋼、各種淬火和回火合金鋼。壓頭為頂角120°的金剛石圓錐;載荷為150千克力。標尺C的使用範圍是從HRC20到HRC70。標尺B和C是洛氏硬度的標準標尺。標尺A用於鎢、硬質合金及其他硬材料，還用於淬硬的薄鋼帶。由於大載荷容易損壞金鋼石壓頭，所以載荷改為60千克力。標尺A是所有洛氏硬度標尺中唯一能在退火黃銅直到硬質合金這樣廣闊的硬度範圍內使用的標尺。
維氏硬度
是英國的 R.L.史密斯和 G.E.桑德蘭於1925年提出的，主要用於確定鋼的表面滲氮硬化程度。維氏硬度測量法所用的壓頭是金剛石正四稜錐(圖1)，它的兩相對面間的夾角為136°，載荷有5、10、20、30、50、100千克力等幾種，用壓出的四稜錐壓痕表面積除載荷所得的值作為維氏硬度值，記為HV，即
，
式中P為載荷；S為壓痕對角線長度（毫米）；θ為四稜錐壓頭兩相對面間夾角，θ=136°。
用於測定上述硬度的儀器以英國維克斯－阿姆斯特朗公司製造的應用較廣，故得名為維氏硬度。
顯微硬度
主要用於確定很薄的材料、細金屬絲、小型精密零件（如鐘錶和儀表零件）的硬度，測定淬硬表面的硬度變化率，研究小面積內硬度的變化以及在金相學中研究金屬中不同相體的硬度等。測量方法與維氏硬度基本相同，但載荷很小，以克力計數；壓痕的特徵尺寸也很小，需要用讀數顯微鏡測出，故得名。1939年，英國國家標準局決定採用F.努普、C.G.彼得斯和W.B.埃默森提出的菱形金剛石四稜錐壓頭（稱為努普壓頭，見圖2)。
其壓痕長對角線L和短對角線長度W之比大約為7:1，壓痕深度約為L的1/30，故在壓痕較淺的情況下也能較精確地測出長對角線的長度。用努普壓頭測定的顯微硬度數又稱努普硬度數。在顯微硬度測定中也允許使用普通的136°金剛石正四稜錐壓頭。
顯微硬度的符號以HM表示，若用努普壓頭，則努普硬度數為：
，
式中P以千克力為單位；L表示菱形壓痕的長對角線長度（毫米）；CP是一個常數，其值與L和壓痕投影面積之比有關。若用136°正四稜錐壓頭，則
，
式中P為載荷，常用的載荷有2、5、10、50、100、200克力等幾種；S為正方形壓痕的對角線長度，以微米為單位，由顯微硬度計上的讀數顯微鏡測出。
回跳硬度
是A.F.肖爾於1906年研究淬火鋼的硬度測定法時提出的，故又稱肖氏硬度，主要用於金屬材料。肖氏硬度測定法的測量原理是：用重量為1/12盎司力（1盎司力等於0.2780牛頓）的帶有金剛石圓頭或鋼球的小錘，從10英寸的高度自由落下，使小錘以一定的動能衝擊試樣表面。小錘的部分動能轉變成試樣表面塑性變形功而被消耗；另一部分轉變為彈性應變能被試樣儲藏。試樣彈性變形恢復時釋放出能量，使小錘回跳一定高度。被測物越硬則彈性極限越高，儲藏的彈性應變能越多，小錘回跳得越高。回跳硬度的符號是HS，它以小錘回跳高度進行分度。回跳硬度數只能在彈性模量相同的材料之間進行比較，否則就會得出橡皮比鋼更硬的結論。壓入硬度的測量屬於靜力測定法，而回跳硬度的測量則屬於動力測定法。
各種硬度的定義不同，測定的標準和方法各異。各種硬度值不能直接換算，但可通過試驗進行比較。某些金屬材料的硬度與其強度指標（如屈服極限、強度極限等）有一定的關係，通過較簡單和經濟的硬度測定即可推斷材料的強度指標。例如灰口鑄鐵的抗拉強度極限σb和布氏硬度數之間有下述統計關係：
σb=1.82HB1.85。
在高溫下，金屬材料的硬度一般隨承載時間的延續而下降，根據這種下降規律可推斷材料的持久強度（見蠕變）。這樣就可以減少或省去耗時很長的持久強度試驗。所以，高溫硬度試驗的研究和應用顯得越來越重要。
參考書目
V. E. Lysaght，IndentationHardness Testing， ReinholdPub. Corp.，New York， 1949.
D. Tabor， TheHardnessofMetalsPress，Oxford， 1951.
譚金生著：《塑料理化試驗速演算法》，國防工出版社，北京，1977。