材料的硬度是一个定义不明确的术语，其含义取决于涉及人员的经验。通常，硬度通常意味着抗变形，对于金属而言，其性能是其抗永久变形或塑性变形的量度。对于关心材料测试力学的人来说，硬度最可能意味着抗压痕性，而对设计工程师而言，硬度通常意味着易于测量和规定的量，表明金属的强度和热处理。
根据测试的方式，共有三种常规的硬度测量类型。这些是：
划痕硬度
压痕硬度，以及
反弹或动态硬度。
划痕硬度是矿物学家的主要兴趣。通过这种硬度测量，各种矿物质和其他材料的划伤能力得到了评价。划痕硬度是根据莫氏标度测量的。它由10种标准矿物质组成，这些矿物质按其划痕的能力排列。此等级中最软的矿物是滑石粉（划痕硬度为1），而钻石的硬度为10。莫氏硬度等级不适用于金属，因为在高硬度范围内间距不宽。大多数硬质金属的莫氏硬度为4至8。
在动态硬度测量中，压头通常会掉落到金属表面上，硬度表示为冲击能量。作为动态硬度测试仪最常见的例子，肖氏（Shore）检偏镜根据压头的回弹高度来测量硬度。
布氏硬度
JA Brinell于1900年提出了第一个被广泛接受并标准化的压痕硬度测试。布氏硬度测试包括在3,000 kg质量（〜29400 N）的载荷下用直径10mm的钢球压入金属表面。对于软金属，负荷减小到500公斤，以避免产生过深的压痕；对于非常硬的金属，使用碳化钨球以最大程度地减少压头的变形。在标准时间内（通常为30 s）施加载荷，并在除去载荷后用低功率显微镜测量压痕的直径。应当对直角的压痕直径进行两次读数的平均值。布氏硬度值（BHN）用载荷P除以压痕的表面积表示。用以下公式表示：
P-外加载荷，N
D-球直径mm
d-压痕直径，mm
t- 压痕深度，mm
将会注意到，BHN的单位是MPa。
除非采取预防措施保持P / D2恒定（这可能在实验上不方便），否则BHN通常会随负载而变化。在一定范围的负载下，BHN达到最大值。因此，不可能用单一载荷覆盖商业金属中遇到的整个硬度范围。
布氏印象的相对较大的尺寸可能是平均局部异质性的一个优势。此外，与其他硬度测试相比，布氏测试受表面刮擦和粗糙度影响较小。另一方面，布氏压痕的大尺寸可能会妨碍在小物体或压痕可能是潜在故障部位的受压部位使用该测试。
迈耶硬度
Meyer提出，比布氏提出的硬度更合理的定义应该是基于印象的投影面积而不是表面积。压头表面和压痕之间的平均压力等于负载除以压痕的投影面积。迈耶（Meyer）提出，该平均压力应作为硬度的量度。称为迈尔硬度。像布氏硬度一样，迈耶硬度的单位为MPa。与布氏硬度相比，迈耶硬度对施加的载荷不那么敏感。对于冷加工材料，迈耶硬度基本恒定且不受载荷的影响，而布氏硬度随载荷的增加而降低。对于退火金属，由于压痕产生的应变硬化，其梅耶硬度随负载而连续增加。但是，布氏硬度首先随负载而增加，然后针对更高的负载而降低。迈耶硬度是压痕硬度的更基本量度。但很少用于实际的硬度测量。
Meyer提出了载荷与压痕尺寸之间的经验关系。这种关系通常称为迈尔定律。
P = kd n'
参数n'是绘制log P相对于log d时获得的直线斜率， k是d = 1 时P的值。完全退火的金属的n'值为2.5，而n' 为对于完全应变硬化的金属，大约为2。该参数与真实应力-真实应变曲线的指数方程中的应变硬化系数大致相关。迈尔定律的指数大约等于应变硬化系数加2。
维氏硬度
维氏硬度测试使用正方形的菱形棱锥作为压头。金字塔相对面之间的夹角为136°。选择该角度是因为它接近布氏硬度测试中压痕直径与球直径的最理想比率。由于压头的形状，通常将其称为金刚石-金字塔硬度测试。金刚石-金字塔硬度值（DPH）或维氏硬度值（VHN或VPH）定义为载荷除以压痕的表面积。实际上，该面积是根据压痕对角线长度的微观测量结果计算得出的。DPH可以根据以下公式确定：
P-施加的载荷，kg
L-对角线的平均长度，mmθ-
金刚石相对面之间的角度= 136°
维氏硬度测试已得到研究工作的广泛认可，因为它在给定的负载下提供了连续的硬度范围，从DPH为5的非常软的金属到DPH为1,500的超硬材料。维氏硬度测试在ASTM标准E92-72中进行了描述。
洛氏硬度测试
最广泛使用的硬度测试是洛氏硬度测试。它的普遍接受性是由于它的速度，没有人为错误，能够分辨硬化钢中的微小硬度差异以及较小的压痕尺寸，因此可以对成品热处理的零件进行测试而不会造成损坏。该测试利用恒定负载下的压痕深度来衡量硬度。首先施加10 kg的较小载荷以放置样品。这样可以最大程度地减少所需的表面处理量，并减少压头产生的皱纹或下陷的趋势。然后施加主要载荷，压痕深度自动以任意硬度值记录在表盘上。
刻度盘包含100个刻度，每个刻度代表0.00008英寸（0.002毫米）的针入度。拨盘反转，因此对应于较小穿透力的高硬度导致较高的硬度值。这与前面所述的其他硬度值是一致的，但是与布氏硬度和维氏硬度的名称（单位为MPa）不同，洛氏硬度值纯粹是任意的。
使用60、100和150公斤的主载荷。由于洛氏硬度取决于载荷和压头，因此有必要指定所使用的组合。通过在硬度，数字前加上字母来完成此操作，该字母表示所用硬度标尺的载荷和压头的特定组合。没有字母前缀的洛氏硬度值是没有意义的。
硬化钢在C刻度上用金刚石压头和150公斤的主载荷进行测试。该秤的有用范围是从RC 20到RC70。较软的材料通常在B秤上进行测试，直径为1/16英寸的钢球，主载荷为100公斤。该标尺的范围从RB 0到RB100。A标尺（金刚石穿透器，主载荷为60 kg）提供了最扩展的洛氏硬度标尺，可用于从退火黄铜到硬质合金的材料。许多其他秤也可用于特殊目的。
洛氏硬度测试是一项非常有用且可重复的测试，前提是要遵守许多简单的预防措施。下面填充的大部分要点同样适用于其他硬度测试：
压头和砧座应清洁且位置合适。
被测表面应清洁干燥，光滑且无氧化物。通常，粗糙的表面足以进行洛氏测试。
表面应平整并垂直于压头。
在圆柱表面上进行测试将获得较低的读数，其误差取决于材料的曲率，负载，压头和硬度。已经对此效应进行了理论和经验修正。
试样的厚度应确保在试样的反面不会产生痕迹或凸起。建议厚度至少为压痕深度的10倍。压痕之间的间距应为压痕直径的三到五倍。
负载的施加速度应标准化。这可以通过调整罗克韦尔测试仪上的缓冲器来完成。在非常柔软的材料中，硬度的变化可能会很明显，除非仔细控制载荷的施加速率。
显微硬度测试
许多冶金问题需要在很小的区域内确定硬度。测量渗碳表面的硬度梯度，确定微结构的各个组成部分的硬度或检查精致的手表齿轮的硬度可能是典型的问题。早先提到了将划痕硬度测试用于这些目的，但发现压痕硬度测试更有用。国家标准局对努氏压头的开发以及可控载荷低至25 g的Tukon测试仪的推出，使显微硬度测试成为常规的实验室程序。努氏压头是磨成棱锥形状的金刚石，可产生菱形的压痕，长和短对角线的比率约为7：1，从而在变形区域产生平面应变状态。努氏硬度值（KHN）是施加的载荷除以压痕的未恢复投影面积。
努氏压头的特殊形状使压痕放置得比方形维氏压痕更紧密，例如可以测量陡峭的硬度梯度。另一个优点是，对于给定的长对角线长度，努氏压痕的深度和面积仅为对角线长度相同的维氏压痕的深度和面积的15％。在测量薄层（例如电镀层）的硬度时，或者在测试脆性材料的断裂趋势与受应力材料的体积成比例时，这特别有用。
高温下的硬度
在开发具有改善的高温强度的合金方面所做的巨大努力已加快了人们在高温下测量金属硬度的兴趣。热硬度很好地表明了合金在高温强度应用中的潜在用途。在广泛审查不同温度下的硬度数据时，Westbrook表明硬度的温度依赖性可以表示为
H = Ae -BT
其中
H =硬度，kg / mm 2
T =测试温度，K
A，B常数
对于纯金属，log H与温度的关系图通常会产生两条斜率不同的直线。斜率的变化发生在大约一半被测金属熔点的温度下。在抗拉强度与温度的对数关系图中可以找到类似的行为。上图显示了铜的这种行为。斜率的这种变化很可能是由于高温下变形机制的变化所致。
从曲线的低温分支得出 的常数A可以认为是金属的固有硬度，即0 K时的H。Westbrook将不同金属的A值与液态金属的热含量相关联。熔点和熔点。这种相关性对晶体结构敏感。
由曲线的斜率得出 的常数B是硬度的温度系数。该常数以相当复杂的方式与温度升高时热量含量的变化速率有关。利用这些相关性，可以很好地计算出纯金属的硬度与温度的函数关系，直至温度达到其熔点的约一半。
