金属硬度试验
第一节概述
一、硬度的定义
硬度是损材料抵抗处物压入其表面的能力。它表示材料的坚硬程度也反映材料塑抵抗塑性变形的能力。硬度是固体所具有的性能，它表现在由于测量方法和测量条件的不同而不同，出表现在固体有抵抗弹性变形、塑性或破裂的能力，或者有抗拒其中两种或三种情况同时发生的能力。
硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标。由于硬度能反映出金属材料
在化学成分。全相组织和热处理工艺上的差异，因此硬度试验在工程上，在科研方面都得广泛的应用。它已成为检验产品质量，研制新材料和确定合理的加工工艺所不可缺少的手段之一。
硬度实际上是指金属表面一个小的或很小的体积内抵抗弹性变形，塑性变形或抵抗破裂的一种抗力。因此，硬度不是一个单纯的，确定的物理量，而是一个由材料的弹性，塑性，韧性等一系列不同力学性能组成的综合性能指标，所以，硬度所表示的是不仅取决于材料本身。而且还取决于试验方法和试验条件。
二、硬度试验的分类
1．一般分类法
1）压入硬度试验法，如布氏硬度，洛氏硬度，维氏硬度等；
2）划痕硬度试验法，如莫氏硬度；
3）回跳硬度试验法，如肖氏硬度；
4）其他硬度试验法，如钻孔法。
2．按试验力的性质分类
1）静力硬度试验法，硬度的测定主要取决于被测度样表面压痕的状况。
如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等；
2）动力硬度试验法，加载荷的特点是动态和具有冲击性的。如肖氏硬度锤击布氏硬度等。
3．试验温度分类
1）常温硬度试验法，在室温下进行；
2）低温硬度试验法，在00c以下进行；
3）高温硬度试验法，在高于室温以上的特定温度下进行。
三、硬度试验的特点
硬度测试操作简单，迅速，不一定用专门的试样，且不破坏零件，适宜成批
零件检验。硬度试验具有以下几个特点：
1．在压应力状态下，无论是塑性材料，还是脆性材料都可以观察到它在外力作用下所表现的行为。甚至象玻璃，硬度试验时，它们也可表现为“塑”性状态。
2．与其它静力下机械性能指标之间存在与定的关系。
3．试验后不造成零件破损。
4．测量面广，适合各种不同材料；既能测量特大零件，又能测量微小零件的硬度；既测量宏观上的，又能测量微观上的晶粒硬度。
5．设备简单，操作方便，工作效率高。
四、硬度试验法的选择原则
硬度试验方法很多，这些方法不仅在原理上有区别，而且就是在同一种方法中也还存着负荷，压头和标尺的不同，因此，如何根据被测试样的特性来选择一种合适的硬度试验方法和试验条件，是进行硬度试验时必须首先认真考虑的，一般注意以下原则：
1．根据被测试样估计硬度范围来选择。表1-1为常用金属材料的硬度试验法。
如果试样硬度不能作出大致的估计时，可按高硬度的材料来选取择试验方法，根据试验结果再进一步选择正确的方法。
2．根据试样的形状、大小和厚薄以及处理工艺来选择，如对铸铁、有色金属以及纯铝等较软的金属宜用布氏硬度；对较薄的试样或很薄的镀层试样宜用维氏硬度；对于大工件，如轧辊、车床架等宜用肖氏硬度或锤击或布氏硬度。
3．在选定一种试验方法后，如试样的大小，原薄及硬度范围等允许，则应采用较大工业的试验力进行试验，以保证试验结果有较小的相对而言误差。如在布氏硬度试验中，在试验条件允许情况下，最好选用直径10mm钢球，3000kgf试验力。
4．为避免因换算引入误差，在实验和研究工作中，应尽可能选用与提供资料相同的试验方法来进行试验。
表1-1常用金属材料硬度范围
金属种类硬度值（HBS）
灰铸铁
球墨铸铁
耐磨铸铁
耐热铸铁
可锻铸铁143~269
156~269
160~260
140~321
163~269
优质碳热轧≦302
素结构钢退火≦255
易切热轧≦207
削钢冷拔≦223
碳素工退火≦217
具钢淬火HRC≥62
合金结构钢（退火或回火状态）≦269
140~300弹簧钢≦321
金属种类硬度值（HBS）
滚珠轴承钢179~207
高速工具钢HRC≥62
不锈耐酸钢HRC≥48
合金交货状态≦269
具钢淬火后HRC≥48
黄铜53~164
锡青铜55~200
铸造用锡青铜60
白铜38~260
铸造铝合金50~100
锌合金45~120
镍合金退火90~200
硬度合金冷轧HRA≥86
第二节布氏硬度试验
布氏硬度试验法是在1900年，由瑞典工程师布利纳尔（F•Brinell）提出的，这种试验方法。由于其压痕较大，因而硬度值受试样成分的偏析和组织的不均匀等因素的影响比较小，其试验结果分散度小，重复性好，能比较客观的反映出度样的宏观硬度，于是成为使用最早、应用最广泛的试验方法之一。
一、试验原理
1．布氏硬度试验原理：用一定直径（D）的钢球或硬质合金球，以相应的试验力（F）压入试样表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕直径（d）。根据d可以计算出压痕球形表面积（s）。此面积上承受的平均压力就称为布氏硬度值，单位为kgf/mm2。布氏硬度的符号用HB表示。
2．计算公式：根据试验原理，布氏硬度值是试验力除以压痕表面积所得的商，其计算公式如下：
式中：F—试验力（kgf或N）
S—压痕的球形表面积（mm2）
根据立体几何可知，压痕的球形表面积S：
式中：D—钢球或硬度质合金球压头直径（mm）
h—压痕深度（mm）
所以
由此可见，当F、D一定时，则HBS与h成反比。即h愈低，反之HB愈高。
由于各种材料软硬程度不同，当钢球压入试样表面时，会引起凹凸压痕，所以要精砷测量压痕深度h是困难的。在实际工作中，我们可以通过几何方法求出压痕直径d与压痕深度h的关系。
代入上式，若试验力F单位用kgf表示得：
若试验力F单位用N表示得：
式中：d—压痕直径（mm）
一般硬度试验时均不必用此公式去计算，而是在测得压痕直径（d）后，通过查表得布氏硬度值。
压头为钢球时，布压硬度用HBS表示；压头为硬度合金球时，用HBW表示。
二、相似原理的应用
布氏硬度试验的基本条件是试验力F和钢球直径D必须恒定，所产生的压痕必须满足：0.24D 1．压痕的几何形状相似；
2．压入角（ф）相等；
3．压痕表面积所受的平均压力相等。这就是相似原理，可用下式表达，即：
可知，当采用大小不同的负荷和不同直径的钢球进行布氏硬度试验进，要保证同一材料的布氏压硬度值相同，压入的圆心角中应为常数，同时F/D2也应保持为常数，即满足：F1/D1=F2/D2=F/D2=K（常数）
只要试验力和钢球直径满足上述关系，则对于同一材料来说布氏硬度值是相同的，而对不同材料所得的布氏硬度值也可进行比较。此条件即为布氏硬度试验必须严格遵守的相似条件。
国家标准中，给定的常数K值为30、10、5、2.5、1.25、1
当使用钢球直径D分别为10、5、2.5时，则测压痕直径D分别乘以1。、2、4即得d10,2d5,4d2.5,查表即得对应的HB值。
三、试验注意事项
1。试样厚度的规定，试样要有一定的原度，其最小厚度不应小于压痕深度的10倍，若令试样厚度为t,则t≧10h,
则HB=F/πDt/10
t≧10F/Πdhb
由此公式可知厚度是否合技术要求。
2。压痕直径适用范围的规定，为了提高试验结果的准确性，在选定的试验条件下，压痕直径d必须满足下列关系：
0.24D≦d≦0.6D
如果不符合此条件，则试验结果无效。此时选择合适的试验力重新试验。
3、两压痕中心至试样边缘中距离的规定：相邻两压痕的中心距一般不应小于压痕直径的4倍，对软金属（HB<35）应不于6倍。压痕中心至试样边缘距离不应小于压痕径的2.5倍，对软金属不得小于3倍。
4．压痕整圆的规定：为了避免压痕圆度对试验结果的影响，压痕直径之差可以不受此限制，但应在试验结果中注明。
5．试验力保持时间的规定：试验时应均匀稳地施加试验力，不得有冲击或震动。试验力的保持时间：黑色金属为10~15s，有色金属为30±2s;布氏硬度小于HB35时为60±2s。
6.布氏硬度值修改规定：计算的布氏硬度值大于100时，修改至证书；硬度值为10~100时，修改至一位小数；硬度值小于10时修改至两位小数。
四．布氏硬度计
布氏硬度计结构形式一般分液压式和机械杠杆式两种，由于液压式存在着加荷稳定性差，操作麻烦等缺点，现已逐步淘汰。
我们以HB-3000型布氏硬度计为例说明如下：
（1）构造：布氏硬度计的结构由机体、工作台、大小杠杆、减速箱、砝码、电动机等部件所组成。
（2）杠杆比例：杠杆比由二级杠杆即大、小杠杆所组成，其小杠杆比a:b=1:4;大杠杆比c:d=1:12.5，因此放大信数L=50。
（3）硬度计的重要技术条件
①试验力的误差允许±1%
②硬度计示值误差允许±3%
③压头表面粗糙度应不大于Ra0.025,钢球直径误差：φ2.5，φ5允差±0.005mm，φ10允差±0.01㎜。
五．试验过程
（1）试样的制备使其表面达到一定的粗糙度；
（2）根据试验要求，试样厚薄及材料的软硬程度选择试验力及钢球直径
（3）擦清试样、钢球表面及工作台面上的油污；
（4）试验时，施加的试验力与试样表面必须保持垂直，而且加荷应平稳均匀，不受冲击或震动影响；
（5）试验完毕后，用放大镜测量其压痕直径；
（6）根据所测之压痕直径，查压痕直径与硬度值相对应的对照表。
第三节洛氏硬度试验
洛氏硬度试验法是在1919年由美国人洛克威尔（S.P.Rocrwell）提出的。当时，在美国随着汽车工业的迅速发展，在生产过程中对零件产成品和成品的硬度检验工作量猛增，同时由于布氏硬度在测量上和高硬度范围不能满足成批零件硬度检验的需要，而洛氏硬度是采用直接测量压痕深度作为洛氏硬度值，并能适应高硬度范围测试需要，因此洛氏硬度成为生产车间现场检验的主要测试手段。
一。试验原理
1．试验原理的物理意义：在初负荷F0及总负荷F分别作用下，将压头（金刚石圆锥体或钢球）压入试样表面，然后卸除至负荷F1，在初负荷下用测量压痕深度的残余增量e值计算洛氏硬度。
具体地说，洛氏硬度试验法采用1200金刚石圆锥体或淬硬钢球作为压头，在施加10kgf(98N)力的初负荷下，再分别加上50kgf(490N)、90kgf(882N)和140kgf(1372N)的主负荷。在卸除主负荷保留初负荷下测量压头压入试样表面深度，通过一定的关系来反映洛氏硬度值的高低。其符号用HR表示，标尺符号加在其后，如用C标尺则为HRC，如用A则为HRA等。
2．计算公式：根据试验原理，洛氏硬度值为常数k减去压痕深度的残余增量e.
标准洛氏硬度实验，采用金刚石压头，其标尺常数k=0.20mm;采用钢球压头，其标尺常数k=0.26mm。以e表示，其中c=0.002,
HR=K－，
则HR（A.C）=100-e
HR(B)=130-e
式中：HR---洛氏硬度符号；
A，B，C---洛氏硬度的不同标尺符号；
k---标尺常数；
h1---卸除主负荷后的压入深度（㎜）
h0---初负荷作用下的压入深度（㎜）
C---一个洛氏硬度单位（㎜）
从试验过程及计算公式中可以看出，洛氏硬度试验是在同样的试验条件下，用压头压入试样的深度多少来反映被测试材料硬度的高低，压痕深度的残余增量（h1-h0）愈大，硬度愈低；（h1-h0）愈小，硬度愈高。
3．标尺常数k值；k值定为100和130的原因，主要是由于压头的形状与被测材料软硬程度的不同。具体地说，当压头为金刚石圆锥体时，因为HRC（A）规定用于测量软硬的材料，一般不会出现压入深度为0.2㎜而使硬度值为零的情况。钢球压头多数用于测量较软的金属，压入深度较深，有时可能达到0.2㎜，甚至更多。若k值定为100，计算结果硬度值会等于零甚至出现负值。洛氏硬度试验中，施加初负荷后，主要是为了确定压入深度的起点，消除压头，试样和工作台之间的间隙以及试样表面凹凸不平对硬度显示值的影响，保证试验结果的正确性。
二．试验过程
1．试样要求；
1）试样表面应平坦，无锈皮、裂缝，并无明显的加工痕迹和凹坑等。粗糙度应在Ra1.6以下；
2）试样表面应将油污擦干净，使其表面积保持清洁；
3）试样被测面应与硬度计主轴压头垂直，试样底面应与支承面相贴合，无空隙；
4）对特殊形状试样应配响应支承架，但必须保证在受力时，试样本身不发生位移或变形。
2．硬度计要求
1）试验前，用标准硬度块进行校验，一般用与被测试样硬度值想接近的硬度块至少测试五点，并保证使硬度计示值精度在规定范围内；
2）检查硬度计示值度盘，其指针应灵活无摩擦，卸荷后能回复到“0”位；
3）检查硬度计支承平台的平整度，如V形支座受力轴线与升降丝杆轴线的一致性；
4）检查硬度计的螺旋丝杆是否升降灵活，丝杆配合间隙是否小。
3．标尺的选用
1）HRA标尺适用于测定坚硬或薄的材料，如硬质合金，硬化薄钢带和薄钢板等。因为大于67HRC的材料，若使用150kgf(1470N)的负荷可能会损坏金刚石压头。所以改用负荷较小的洛氏硬度标尺HRA。
2）HRB标尺适用于测定中等硬度的材料，如退火的中、低碳钢可煅铸铁。各种黄铜和大多数青铜以及经强化处理的各种硬铝合金等。使用范围是25~100HRB；
3）HRC标尺适用于测定20~67HRC之间淬火及低温回火后的钢铁材料以及冷硬铸铁，珠光体可煅铸铁等。
4．洛氏硬度压头的种类及规格
洛氏硬度试验的压头分为金刚石圆锥压头和钢球压头。金刚石压头适用于淬火材料及硬质合金等材料的硬度测定；钢球压头适用于退火材料、有色金属材料的硬度测定。金刚石压头的圆锥角为1200±30′；钢球压头直径为1.588±0.003㎜。
5．洛氏硬度试验的主要技术条件：
1）试样的试验面应保证要求的粗糙度，试样或试验层最小厚度应不小于10e。试样背面不得有肉眼可见的变形痕迹。
2）在试验时，必须保证负荷作用线与试验面垂直，并不受到任何冲击和震动；
3）在施加初负荷时，指针或指示线不得超过硬度计规定标志，否则应卸除初负荷，换一位置再试验；
4）试样两向邻压痕中心距离或任一压痕中心距试样边缘一般不小于3㎜，在特殊情况下，这个距离可以减小，但不应小于压痕直径的3倍；
5）每个试样上试验点应不小于四点（第一点不记）
6）对圆锥体曲率较小的试样，所测得之硬度应加以修正。
四．注意事项
1）应注意合理选择压头与负荷，即使测量结果在相应标尺的测量范围内。
2）应注意压头的安装。由于硬度计一般采用侧面螺钉固紧压头，这种方法如安装不当或长期使用，会使压头柄与主轴孔磨损间隙增大或压头柄变形，从而产生误差，有时误差可达1HR。
正确的安装方法是：把压头柄插入主轴孔内，轻扭螺丝但不要上得太紧；加上初负荷拧松螺丝，然后加主负荷紧固螺丝。压头在受垂直力的情况下，压头柄肩胛面与主轴下端面应贴合而无倾斜或间隙存在。
3）注意加荷必须平稳、无冲击，不应有震动，加主负荷时间一般为4~8s。
4）注意压头的保护，压头是硬度计上一个重要零件，价值昂贵。金刚石压头硬而脆，所以在使用时应特别小心保护。装卸试样和压头时，都应将丝杆下降，以防碰撞压头。
五．使用范围及优缺点
应该指出，各标尺均有一定测量范围，所以应根据标准的规定正确使用。如硬度大于HB100应采用C标尺，硬度低于HRC20，则应改换B标尺或其它标尺的试验条件进行。
洛氏硬度试验操作简便而迅速，工作效率高，适用于成批生产的检验。由于其使用负荷较小，所产生的压痕与布氏硬度试验相比也较小，因而对试样表面没有损伤，可用于半成品和成品检验。因采用了不同的压头和总负荷。从而组成了不同的洛氏硬度标尺。因而可以测量从较软到较硬材料的硬度，使用范围广。因为有初负荷，所以试样表面轻微的不平度对硬度值的影响比布氏、维氏硬度试验为小。它的缺点是不同标尺间测量德的数量无法进行相互比较，与布氏、维氏法相比较，它的测量误差稍大。
六．表面洛氏硬度试验
表面洛氏硬度试验法又称轻负荷洛氏硬度试验法，它是在洛氏硬度试验法的基础上发展起来的，两者的试验原理完全相同。由于洛氏硬度试验所用的负荷较大，不宜用于对较薄或化学热处理零件（试样）表面层的硬度测量。种用洛氏硬度的试验原理。初负荷为3kgf(29N).总负荷为15kgf(147N)、30kgf(290N)和45kgf(441N)。其压头形状仍为金刚石圆锥体及钢球两种。
1．试验原理：试验是先后施加二次负荷的作用下，将压头压入试样表面进行的。其压头的工作过程与洛氏硬度试验相同，然后卸除主负荷。在初负荷作用下测量压痕深度，残余增量e值，计算洛氏硬度值。
2．表面洛氏硬度试验，采用金刚石压头或钢球压头，其标尺常数k=0.10㎜,以e表示，其中C=0.001㎜。
HR=K－，
则HR（N.T）=100-e
式中：HR---洛氏硬度符号；
N.T---洛氏硬度的不同标尺符号；
k---标尺常数；
h1---卸除主负荷后的压入深度（㎜）
h0---初负荷作用下的压入深度（㎜）
C---一个洛氏硬度单位（㎜）
3．表面洛氏硬度标尺
表面洛氏硬度标尺常用有二种，即N、T标尺。N标尺是采用金刚石圆锥体压头，它适用硬性材料的硬度测定，T标尺是采用钢球压头，它适用于软性材料的硬度测定。施加总负荷有15、30、45kgf三种。硬度的标注同洛氏硬度标注一样。表面洛氏硬度的符号为HR，后面加上相应的标尺符号。如HR15N、HR30N、HR45N和HR15T、HR30T、HR45T。
4．使用范围
表面洛氏硬度试验常用于薄材，各种强化层以及化学热处理表面层的硬度测定。特别是在镀锌、镀锡、镀铬等工业部门得到了广泛应用。
根据试样的厚薄、渗层的深浅、表面硬度高低来选择压头形状和负荷大小。常用标尺HR15T适用于钢、黄铜、青铜等薄板材料的硬度测定。
第四节维氏硬度试验
维氏硬度试验法是在1925年由英国人史密斯（R.L.Smith）和桑德兰德（G.E.Sandland）提出的，后由英国的维克斯-阿姆斯特朗（Vickers-Arm-Strand）公司制造这种仪器而得名。
一.试验原理
将一个相对面夹角为1360的正棱锥金刚石压头选定的试验力压入试样表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，测量压痕两对角线
长度，取其平均值计算压痕表面积。
二、计算公式
根据实验原理，维氏硬度值是实验力除以压痕表面积，其计算公式如下：
式中，F------实验力（kgf或N）；
S------压痕表面积（mm2）
若以“kgf”表示
若以“N”表示，
式中l-------正方形边长（mm）；
h-------锥角顶端到压痕边中点的距离（mm）；
d-------对角线长度（mm）。
三、试验过程
1、试验前的准备工作
1）试样的制备：试样的工作面粗糙度应在Ra0.1以下，试样底面粗糙度应为Ra0.8
2）选定所需试验力：试验力的选择要根据试样的厚度和硬度范围而定；
3）检查硬度计示值精度和显微镜测量精度应在规定的范围内，显微镜的测量精度为0.001mm
4）根据试验要求更换合适的工作台，如使用V型工作台时，则其压头主轴轴线必须与工作台轴线相一致
5）擦净试样及工作台
2、试验程序
1）将试样置放在工作台上，施加载荷时，其被侧面垂直于主轴轴线，加荷必须平稳，无冲击现象。
2）保持一定时间后，卸去所加负荷，然后转动式平动测量装置，使物镜位置对准压痕中心
3）调节焦距，使压痕轮廓清晰，然后测量对角线长度
4）根据负荷大小及对角线长度，查表得出硬度值
四、注意事项
1、试样表面的规定，试样的表面应该是光滑平面，不应有氧化层及污物。试验面粗糙度必须保证压痕对角线能精确地测量，一般粗糙度应在Ra0.1以下。
2、试样厚度的规定：试样（或试验层）的厚度至少应为压痕对角线平均长度的1.5倍。试验后，试样支撑面不应出现可见变形痕迹。
3、两相邻压痕中心距离及任一压痕中心至试样边缘距离的规定。对黑色金属，两相邻压痕中心间距或任一压痕中心距试样边缘距离应不小于压痕对角线平均值的5倍。
4、测量压痕平均对角线长度的规定。卸除试验力后，测量压痕的对角线长度。两对角线长度之差不应超过短对角线长度的2%，各向异性的材料可不受此限制，但应在有关标准中规定。
5、试验力保持时间的规定。试验时应均匀平稳地施加试验力，不得有冲击和震动。试验力的保持时间：黑色金属为10~15s，有色金属为30±2s，如另有要求时间可以延长，其偏差为±2s。
6、测定非平面度的修正规定。主试验样为球面式圆柱面时，则所测之值应加以修正。即需将所得之值乘修正系数。
7、维氏硬度值的修改规定。计算出的维氏硬度值大于或等于100时，修改至正数；硬度值为10~100时，修改至一位小数；硬度值小于10时，修改至两位小数。
8、试验时，每个试样至少测定三个点的维氏硬度值。
9、在做主要试验时，需注意使用的试验力。根据相似原理，虽然维氏硬度不取决于试验力的大小，但在实际工作中有一些金属如铜，在测定时，由于所用来的试验力不同，测出的硬度值也完全不同，这可能是由于金属在不同的深度上其硬度存在着差异所造成，因此，在做重要试验时，需注意试验力的大小。
五、维氏硬度与布氏硬度的比较
维氏硬度计压头的面夹角之所以采用1360，是为了使维氏硬度和布氏硬度在中、低硬度值范围内，对于同一均质材料能得到很相近的硬度值。例如，当试样硬度在400HV以下时，维氏硬度值近似等于布氏硬度值，即HV=HB。这是因为这两种试验方法都是以压痕单位表面积上承受负荷的大小来表示硬度值得到高低。在布氏硬度试验中，所得的压痕直径通常在0.25~0.5D之间取其平均值为0.375D，这相当于直径为D的钢球压头压入试样的压入角为440，而嵌入正四棱锥体内的钢球压痕的圆心角也为440，在压入角相同的条件下，其单位面积上承受的负荷是相等的，这就使维氏硬度值在一定范围内与布氏硬度值相等或接近。
六、应用范围及优缺点
维氏硬度试验法广泛应用在精密工业和材料科学研究中，特别适用于细小、极薄的材料，以及氮化、渗碳等表面处理的试样和各种镀层试样的表层硬度测定。
与布氏、洛氏硬度相比较，它的优点是：不受试验力的影响，对任一均质材料用不同的试验力所获得的压痕几何相似，其硬度值是相同的；压痕只有清晰轮廓的正方形，对角线的测量精度高，它有一个统一的标尺，可适用于较大范围的硬度测试。其缺点是压头要求高，加工困难，价格昂贵，其效率较洛氏试验法低。维氏和布氏、洛氏硬度试验相比较，布氏硬度试验力与压头直径受制约关系的约束，并有铜球变形问题；洛氏硬度各标尺所测定硬度无法统一；而维氏硬度克服了上述二种缺点，其最大的优点是试验力可以任意选择，并利用硬度法测定硬化层深度及评定渗氮层脆性。
第五节硬度试验机
硬度试验机有布氏硬度试验机、洛氏硬度试验机、维氏硬度试验机等硬度试验机。现介绍国内常见的布、洛、维三种硬度试验机。
一、HB-3000型布氏硬度计
该硬度计是国内最广泛的用于测定钢材、铸铁、有色金属及较软的轴承合金等材料的布氏硬度。
1、结构：该硬度计由机体、工作台升降机构、试验加载机构，减速器和换向开关等部件组成，另外，还服二十倍读书显微镜，供测量压痕用。
1）机体与工作台升降机构：机体为一坚固的悬臂式铸铁壳体。工作台升降机构装在机体前面突出的座子上，由工作台、手轮、丝杆等组成。转动手轮使丝杆上下移动，从而达到了工作台的升降。
2）硬度计的试验加载机构和主轴机构：试验加载机构由大杠杆、小杠杆、主轴等组成。其中大杠杆的臂比为12.5：1；小杠杆的臂比为4：1。在大杠杆的长臂上有吊杆，放有可更换的砝码组。主轴机构由弹簧、主轴、压头等组成。
3）控制机构：控制机构由带支撑杆的减速箱与换向系统以及电动机等组成。
试验力的施加与卸除，试验力保持时间都由控制机构来完成。
换向系统电机械与电气相结合的装置，它和转载减速器上的大涡轮上的固定控制板以及可调控制板等，共同控制硬度计的试验力的施加，试验力保持时间，试验力卸出等过程，并自动完成。
4）电气系统：电气系统由电动机、电源变压器和专设的开关（闸刀、开关、换向开关等）、指示灯、电阻等组成，电压为220~380V的三相交流电源。
2、工作原理：转动手轮，使细杆上下移动，从而完成了工作台的升降。手轮内有钢球起弹性定位作用。当压头与试样接触产生一定压力时，钢球弹性定位器失效，手轮与螺套便产生相对滑动，以保证接触压力不超过规定范围。主轴在弹簧内，在非工作状态下，将压头座靠压在机头锥形凹座内，并使主轴上部的V型刀垫与小杠杆中间的圆柱形刀子相接触，从而保持主轴的垂直位置。
换向系统控制试验力的加卸和保持时间。加荷时，按动按钮，换向开关接通，电动机启动，通过减速箱带动曲柄转动，通过支撑杆使试验力杠杆下降便施加载荷。与此同时，固定控板和机体右侧的调节盘，由大涡轮轴带动一起沿顺时针方向转动。当可调控板触动换向开关控销时，拨杆随之转动使开关反向接通，电动机反向旋转，支撑杆上升。当固定控板碰到换向开关控销时，则拨杆被拨回中间位置，电路不通，电动机则停止转动。这时支撑杆完全顶起负荷杠杆，试验力全部卸除，一次试验结束。
二、HR-150型洛氏硬度计
该硬度计主要用于测定淬火后钢件及硬质合金等的洛氏硬度，也可测定中等硬度金属材料的洛氏硬度。
该硬度计由负荷机构，加卸荷控制机构，测量指示机构，试样支承机构和机架等部分组成。
负荷机构由砝码、负荷杠杆、游码、主轴等组成。负荷杠杆装在硬度计体内的上部，至负荷由砝码经负荷杠杆放大20倍以后所产生，再通过主轴传递压头。预负荷主要由负荷杠杆处于水平位置进所形成的重力，游砝、吊杆、主轴的重国么及指示器的测量拉力等组成。主轴为钢球滚动导向结构。
加卸荷控制机构，由加卸荷手柄、连杆和缓冲器等组成。当向后推动加卸手柄时，连杆顶端上的滚轮就与托盘的底庙分开，开始在缓冲器的控制下负荷平稳地加在试样上。如将加荷手柄向前板回原位，通过偏心轮使连杆顶端上的滚轮将托盘顶起，将砝码托住，即卸除主负荷。
测量指示机构由臂比为5：1的测量杠杆和指示百分表等组成。把压入深度放大并由百分表直接指示出硬度值。
试样支承机构由手轮、丝杠、丝杠套键配合，旋转手轮可使丝杠和工作台一起升降。
试样支承机构由手轮、丝杠、丝杠套止推轴承以及工作台等组成。丝杠与丝杠套键配合，旋转手轮可使丝杠和工作台一起升降。
机架为一封闭的壳体，除工作台、升降丝杠以及主轴座处，其余部件均装在壳体内。
三、HV-120型维氏硬度计
该硬度计用于测定金属及其合金和经表面硬化处理工件的维氏硬度。
该硬度计由机体、转换头、试验加载机构、试验力变换机构、自动加卸荷机构，压痕测量机构和工作台支承机构等部分组成。
机体呈流线形，除测量显微镜和工作台升降机构处，其他机构均装在机体内。机体顶部的上盖，后部有后盖，可供启闭。
转换头通过手柄调换压头与测量显微镜位置。试验加载机构由主轴承和工作轴等组成，第一级试验力由吊挂、试验力杠杆、主轴及压轴等产生，其他各级试验力主要由吊挂和砝码重力经试验力杠杆放大而获得。试验力杠杆的臂比为25：1。试验国变换可通过变荷旋钮进行。
自动加卸荷机构主要由缓冲器、重锤、拨叉、支承杆、手柄等组成。试验力保持时间的长短可由缓冲器来调节。缓冲器的作用，除在施加试验力时保持平衡匀速无冲击现象外，而且也控制加卸荷速度。能动冲器的汕缸与机体下部全交接，活塞可作上下运动。当活塞下降时，下腔油液受压缩，油液迫使盖板堵住活塞上的油孔，油液只能经过侧面的油路流入上腔。此油路油的流量由油针控制，转动调节旋钮可使油针旋入或旋出，可起到调整加荷速度的作用。压痕测量机构是由照明系统、光学系统两部分组成。工作台升降机构由升降丝杆、工作台、手轮和丝杠导座等部分组成，装在机体前下部的底座上。
四、硬度计的维护保养和调整
试验机要放在明亮、清洁、无震动的环境中。如下清洁，日子久了就会影响试验精度。如试验时有震动不仅试验结果不准确，而且还可能使压头损坏。硬度计安装要水平，试验时试样要小心轻放，不可使升降丝杠或压头及主轴受损。试样的二个表面一定要平整，对于倾斜的面或者圆柱应采用特殊支座，对于不平整的试样不能试验。缓冲器中的油，隔1~2年要更换，试验机每年要由计量部门检定。
在温度相差较大的时候，机器的加荷速度会不一样，这时可通过缓冲使机器在没有试验的情况下调试。