用一定直径D的淬硬钢球在规定负荷P的作用下压入试件表面，保持一段时间后卸去载荷，在试件表面将会留下表面积为F的压痕，以试件的单位表面积上能承受负荷的大小表示该试件的硬度：HB=P/F。在实际应用中，通常直接测量压坑的直径，并根据负荷P和钢球直径D从布氏硬度数值表上查出布氏硬度值（显然，压坑直径越大，硬度越低，表示的布氏硬度值越小）。
布氏硬度与材料的抗拉强度之间存在一定关系：σb≈KHB，K为系数，例如对于低碳钢有K≈0.36，对于高碳钢有K≈0.34，对于调质合金钢有K≈0.325，…等等。
（2）洛氏硬度（HR）
用有一定顶角（例如120°）的金刚石圆锥体压头或一定直径D的淬硬钢球，在一定负荷P作用下压入试件表面，保持一段时间后卸去载荷，在试件表面将会留下某个深度的压痕。由 洛氏硬度机自动测量压坑深度并以硬度值读数显示（显然，压坑越深，硬度越低，表示的洛氏硬度值越小）。根据压头与负荷的不同，洛氏硬度还分为HRA、HRB、HRC三种，其中以HRC为最常用。
洛氏硬度HRC与布氏硬度HB之间有如下换算关系：HRC≈0.1HB。
（3）维氏硬度（HV）
以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除 以载荷值，即为维氏硬度值（HV）
硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是衡量材料软硬的判据，是一个综合的物理量。
铝合金材料的硬度越高，耐磨性越好，故常将硬度值作为衡量材料耐磨性的重要指标之一。
硬度的测定常用压入法。把规定的压头压入金属材料表面层，然后根据压痕的面积或深度确定其硬度值。根据压头和压力不同，常用的硬度指标有布氏硬度（HBS、HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC等）和维氏硬度（HV）。
注: 洛氏硬度中 HRA,HRB,HRC 等中的 A,B,C 为三种不同的标准,称为标尺 A,标尺 B,标尺 C. 洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一,三种标尺的初始压力均为 98.07N(合 10kgf),最后 根据压痕深度计算硬度值.标尺 A 使用的是球锥菱形压头,然后加压至 588.4N(合 60kgf);标尺 B 使用的是直径 为 1.588mm(1/16 英寸)的钢球作为压头,然后加压至 980.7N(合 100kgf);而标尺 C 使用与标尺 A 相同的球锥菱 形作为压头,但加压后的力是 1471N(合 150kgf).因此标尺 B 适用相对较软的材料,而标尺 C 适用较硬的材料. 实践证明,金属材料的各种硬度值之间,硬度值与强度值之间具有近似的相应关系.因为硬度值是由起始塑性 变形抗力和继续塑性变形抗力决定的,材料的强度越高,塑性变形抗力越高,硬度值也就越高.但各种材料的换 算关系并不一致.
注: 洛氏硬度中 HRA,HRB,HRC 等中的 A,B,C 为三种不同的标准,称为标尺 A,标尺 B,标尺 C. 洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一,三种标尺的初始压力均为 98.07N(合 10kgf),最后 根据压痕深度计算硬度值.标尺 A 使用的是球锥菱形压头,然后加压至 588.4N(合 60kgf);标尺 B 使用的是直径 为 1.588mm(1/16 英寸)的钢球作为压头,然后加压至 980.7N(合 100kgf);而标尺 C 使用与标尺 A 相同的球锥菱 形作为压头,但加压后的力是 1471N(合 150kgf).因此标尺 B 适用相对较软的材料,而标尺 C 适用较硬的材料. 实践证明,金属材料的各种硬度值之间,硬度值与强度值之间具有近似的相应关系.因为硬度值是由起始塑性 变形抗力和继续塑性变形抗力决定的,材料的强度越高,塑性变形抗力越高,硬度值也就越高.但各种材料的换 算关系并不一致.
一、布氏硬度
1、试验原理
用直径为D的淬火钢球或硬质合金球，以相应的试验力F压入试样表面，保持规定的时间后卸除试验力，在试样表面留下球形压痕，如左图所示。布氏硬度值用球面压痕单位面积上所承受的平均压力表示。用淬火钢球作压头时，布氏硬度用符号“HBS”表示;用硬质合金球作压头，布氏硬度用符号“HBW”表示。
HBS(HBW)：用钢球（硬质合金球）试验的布氏硬度值；
F：试验力（N）； d：压痕平均直径（mm）； D：钢球（硬质合金球）直径（mm）．
布氏硬度的单位为N/mm2，但习惯上只写明硬度值而不标出单位。
2、选择试验规范
在进行布氏硬度试验时，钢球直径D、施加的试验力F和试验力保持时间、应根据被测试铝合金及金属的种类和试样厚度，按下表所示的布氏硬度试验规范正确地进行选择。
布氏硬度试验规范
材料 布氏硬度 0.102F/D 2 备注
钢及铸铁 ＜ 140
＞ 140 10
30 F单位： N
D单位： mm
铜及其合金 ＜ 35
35－130
＞ 130 5
10
30
轻金属及其合金 ＜ 35
35－80
＞ 80 25
10
10
铅、锡 1.25
由布氏硬度值的计算公式可以看出，当所加试验力F与钢球（或硬质合金球）直径D已选定时，硬度埴HBS（HBW）只与压痕直径d 有关。d 越大，则HBS（HBW）值越小，表明材料越软；反之，d 越小，HBS（HBW）值越大，表明材料越硬。
除了采用钢球（或硬质合金球）直径D为10mm，试验力F为3000kgf（29421N），保持时间10－15s的试验条件外，在其它试验条件下测得的硬度值，应在符号HBS的后面用相应的数字注明压头直径、试验力大小和试验力保持时间。
如120HBS10/1000/30，即表示用10mm的钢球作压头，在1000kgf(9807N)的试验力作用下，保持时间为30s后所测得的硬度值为120。如500HBW5/750，即表示用5mm的硬质钢球作压头，在750kgf(735N)的试验力作用下，保持时间为01－15s后所测得的硬度值为500。
淬火钢球用于测定硬度HBS＜450的金属材料，如灰铸铁、有色金属以及退火、正火和调质处理的钢材等。为了避免压头变形，可用硬质合金球压头，它适用于测试HBW＜650的金属材料。（我国目前布氏硬度试验机压头主要是淬火钢球。
3、试验的优缺点
布氏硬度试验的优点是：试验时使用的压头直径较大，在试样表面上留下压痕也较大，测得的硬度值也较准确。
布氏硬度试验的缺点是：对金属表面的损伤较大，不易测试太薄工件的硬度，也不适于测定成品件的硬度。
布氏硬度试验常用来测定原材料、半成品及性能不均匀的铝合金及金属材料（如铸铁）硬度
二、洛氏硬度
1、试验原理
洛氏硬度是以顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为Φ1.588㎜的淬火钢球作压头，以规定的试验力使其压入试样表面。试验时，先加初试验力，然后加主试验力。压入试样表面之后卸除主试验力，在保留初试验力的情况下，根据试样表面压痕深度，确定被测金属材料的洛氏硬度值。
如图所示，0－0为金刚石压头还没有和试样接触的位置。1－1是在初试验力作用下压头所处的位置，压入深度为h1，目的是为了消除由于试样表面不光洁对试验结果的精确性造成的不良影响。图中2－2在总试验力（初试力＋主试验力）作用下压头所处位置，压入深度为h2。3－3是卸除主试验力后压头所处的位置，由于金属弹性变形得到恢复，此时压头实际压入深度为h3。故由于主试验力所引起的塑性变形而使压头压入深度为h＝h3－h1。洛氏硬度值由h的大小确定，压入深度h越大，硬度越低；反之，则硬度越高。一般说来，按照人们习惯上的概念，数值越大，硬度越高。因此采用一个常数c减去h来表示硬度的高低。并用每0.002㎜的压痕深度为一个硬度单位。由此获得的硬度值称为洛氏硬度值，用符号HR表示。
式中，c为常数（对于 HRC、HRA，c取0.2；对于HRB，c取0.26）。由此获得的洛氏硬度值HR为一无名数，试验时一般由试验机指示器上直接读出。
2、常用洛氏硬度标尺及适用范围
标 尺 压头类型 总试验力 kgf 硬度值有效范围 应 用
HRA
HRB
HRC 120°金刚石圆锥体
(1/16) ” ( Φ1.588㎜)钢球
120°金刚石圆锥体 600
1000
1500 70－88
20－100
20－70 硬质合金、表面淬火层或渗碳层等
有色金属、退火、正火钢等
淬火钢、调质钢等
上述洛氏硬度的三种标尺中，以HRC应用最多，一般经淬火处理的钢或工具都采用HRC测量。在中等硬度情况下，洛氏硬度HRC与布氏硬度HBS之间关系约为1：10，如40HRC 相当于400HBS 。如50HRC，表示用HRC标尺测定的洛氏硬度值为50。硬度值应在有效测量范围内（HRC为20－70）为有效。
3、试验优缺点
优点：①操作简单迅速，效率高，直接从指示器上可读出硬度值；
②压痕小，故可直接测量成品或较薄工件的硬度；
③对于HRA和HRC采用金刚石压头，可测量高硬度薄层和深层的铝合金及金属材料。
缺点：由于压痕小，测得的数值不够准确，通常要在试样不同部位测定四次以上，取其平均值为该铝合金及金属材料的硬度值。
三、维氏硬度
布氏硬度试验不适用于测定硬度较高的铝合金及金属材料。
洛氏硬度试验虽然可用于测定较铝合金及金属材料和硬材料，但其硬度值不能进行比较。
维氏硬度试验可以测量从软到硬的各种材料以及金属零件的表面硬度，并有连续一致的硬度标尺。
1、试验原理
维氏硬度试验原理与布氏硬度相似，也是根据压痕单位表面积上的试验力大小来计算硬度值。区别在于压头采用锥面夹角为136°的金刚石正四棱锥体，将其以选定的试验力压入试样表面，按规定保持一定时间后卸除试验力，测量压痕两对角线长度，如书上P9图1－5所示。维氏硬度值用四棱锥压痕单位面积上所承受的平均压力表示，符号HV。
式中 F－作用在压头上的试验力（N）,d－压痕两对角线长度的平均值（㎜）,HV值的单位为N /㎜ 2 ，但习惯上只写出硬度值而不标出单位。
2、常用试验力及其适用范围
维氏硬度试验所用试验力视其试件大小、薄厚及其它条件，可在49.03－980.7N的范围内选择试验力。常用的试验胃有49.03、98.07、196.1、294.2、490.3、980.7N。HV符号前面的数字为硬度值，后面依次用相应数字注明试验力和试验力保持时间（10－15s不标注）。如640／HV30／20,表示30kgf (294.2N) 试验力，保持时间为20s测得维氏硬度值为640。
维氏硬度法适用范围宽，尤其适用于测定金属镀层、薄片金属及化学热处理后的表面硬度，其结果精确可靠。当试验力小于0.2 kgf （1.961N）时，可用于测量金相组织中不同相的硬度。
3、试验优缺点
优点：①与布氏、洛氏硬度试验比较，维氏硬度试验不存在试验力与压头直径有一定比例关系的约束； ②不存在压头变形问题； ③压痕轮廓清晰，采用对角线长度计量，精确可靠，硬度值误差较小。
缺点：其硬度值需要先测量对角线长度，然后经计算或查表确定，故效率不如洛氏硬度试验高
洛氏硬
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全洛氏硬度机度（HR）测试当被测样品过小或者布氏硬度（HB）大于450时，就改用洛氏硬度计量。试验方法是用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为1.59mm/3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕深度求出材料的硬度。根据实验材料硬度的不同，可分为三种不同标度来表示：
HRA 是采用60Kg载荷和钻石锥压入器求的硬度，用于硬度极高的材料。例如：硬质合金。
HRB 是采用100Kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球求得的硬度，用于硬度较低的材料。例如：退火钢、 铸铁等。
HRC 是采用150Kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料。例如：淬火钢等
洛氏硬度中HRA、HRB、HRC中的A、B、C为三种不同的标准。称为标尺A、标尺B、标尺C。洛氏硬度实验是现今所有使用的几种普通压痕硬度实验的一种。三种标尺的初始压力均为98.07N（10Kgf)，最后根据压痕深度计算硬度值。标尺A使用的是球锥菱形压头，然后加压至588.4N（60Kgf）；标尺B使用的是直径为1.588mm（1/16英寸）的钢球作为压头，然后加压至1471N（150Kgf），因此标尺B适用于较软的材料检测。标尺C适用于较硬的材料检测。
最常用标尺是HRC、HRB和HRF，其中HRC标尺用于测试淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢。这是铝材及金属加工行业应用最多的硬度试验方法。HRB标尺用于测试各种退火钢、正火钢、软钢、部分不锈钢及较硬的铜合金。HRF标尺用于测试纯铜、较软的铜合金和硬铝合金。HRA标尺尽管也可用于大多数黑色金属，但是实际应用上一般只限于测试硬质合金和薄硬钢带材料。
HRA 是采用60Kg载荷和钻石锥压入器求的硬度，用于硬度极高的材料。例如：硬质合金。
HRB 是采用100Kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球求得的硬度，用于硬度较低的材料。例如：退火钢、 铸铁等。
HRC 是采用150Kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料。例如：淬火钢等
洛氏硬度中HRA、HRB、HRC中的A、B、C为三种不同的标准。称为标尺A、标尺B、标尺C。洛氏硬度实验是现今所有使用的几种普通压痕硬度实验的一种。三种标尺的初始压力均为98.07N（10Kgf)，最后根据压痕深度计算硬度值。标尺A使用的是球锥菱形压头，然后加压至588.4N（60Kgf）；标尺B使用的是直径为1.588mm（1/16英寸）的钢球作为压头，然后加压至1471N（150Kgf），因此标尺B适用于较软的材料检测。标尺C适用于较硬的材料检测。
最常用标尺是HRC、HRB和HRF，其中HRC标尺用于测试淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢。这是铝材及金属加工行业应用最多的硬度试验方法。HRB标尺用于测试各种退火钢、正火钢、软钢、部分不锈钢及较硬的铜合金。HRF标尺用于测试纯铜、较软的铜合金和硬铝合金。HRA标尺尽管也可用于大多数黑色金属，但是实际应用上一般只限于测试硬质合金和薄硬钢带材料。