金屬維氏硬度試驗

《金屬維氏硬度試驗(第2部分):硬度計的檢驗(GB/T 4340.2-1999)》由中國標準出版社出版。

維氏硬度試驗法是用夾角為136°的正四棱錐體金剛石壓頭，在規(guī)定載荷作用下壓入被測試金屬表面來測量硬度，并以壓痕單位面積所受的壓力作為計量硬度的指標，維氏硬度以符號HV來表示。維氏硬度試驗法的特點是能適應各種軟硬材料以及薄層、表層和顯微區(qū)域的硬度測定，而且測量精度高，但試樣制作要求高、操作較復雜。

維氏硬度試驗法相對于布氏和洛氏硬度而言，有以下優(yōu)點。

1.試驗負荷可任意選用，不同負荷下的壓痕都滿足相似原理，這樣可便于不同軟硬或厚薄試樣，以及薄層、表層及顯微區(qū)域的硬度測定，并保證同一試樣所測硬度，不受試驗負荷的影響。

2.壓頭采用金剮石四方角錐，故可像洛氏硬度一樣適用于各種軟硬材料，但又克服了洛氏硬度各種標度不能統(tǒng)一的缺點，見圖3。

3.由于金剛石四方角錐的壓痕輪廓比布氏的球形輪廓清晰，因此測量壓痕對角線時，比布氏法測量壓痕直徑更準確；另外，四方角錐的壓痕對角線長度剛好是壓入深度的7倍，所以測量壓痕對角線長度比洛氏硬度測定壓入深度更準確；故用維氏硬度試驗法測維氏硬度壓頭角錐錐面夾角的確定定硬度精確度高，特別適用于測定高硬度、薄層、顯微區(qū)域（壓痕都很小）的硬度試驗。

4.由于選用夾角為136°的四方角錐，可以使維氏硬度的壓痕面積F_凹和布氏硬度的壓痕面積F_凹相等，這樣維氏硬度試驗法所測數(shù)值HV與布氏硬度法所測數(shù)值HB基本相等，維氏硬度值與抗拉強度之間也保持一定關系。但是在HB大于400時，由于鋼球本身變形之故，布氏硬度值HB小于維氏硬度值HV。如圖4所示，可以證明壓痕直徑為0.375D（D為鋼球直徑）的球形凹陷面積正好與面夾角為136°的四方角錐凹陷面積相等。

維氏硬度與布氏硬度一樣，也是根據(jù)壓痕凹陷面積上所受的應力來確定其硬度值。即

式中，F(xiàn)-試驗力（N）；

S₀-壓痕凹陷面積（mm²）。

但維氏硬度所用的壓頭不是鋼球，而是錐面夾角為136°的金剛石四方角錐。由于采用的是金剛石四方角錐，不管壓頭上的試驗力如何改變，試樣上壓痕的幾何形狀恒相似。因此，維氏硬度試驗時，試驗力F的大小可任意選擇。經(jīng)計算可證明：

式中，F(xiàn)-試驗力（N）；

d-壓痕對角線長度的算術平均值（mm）。

一式可用來計算維氏硬度值，但實際生產(chǎn)中常用直接查表方法來獲得HV數(shù)值。一般硬度計說明書上都供應一系列標準試驗力下的HV-d關系表，只要測出壓痕對角線長度d，根據(jù)所用的試驗力，在相應的關系表中即可查出HV值。另外，用于測定鋼表面硬化層、滲層和鍍層硬度的小負荷維氏硬度計，以及用于測定顯微組織硬度的顯微硬度計，其試驗原理與維氏硬度的試驗原理相同，只是施加的試驗力更小，產(chǎn)生的壓痕也越小，而試驗機上測量對角線用的顯微鏡則有更高的放大倍數(shù)。為此，我國參照ISO標準將原來的3個國家標準《金屬維氏硬度試驗方法》、《金屬小負荷維氏硬度試驗方法》、《金屬顯微維氏硬度試驗方法》，合并為一個國家標準GB/T 4340.1-1999《金屬維氏硬度試驗第一部分：試驗方法》。

維氏硬度計簡介

維氏硬度計的試驗力比較多，只要工件表面的粗糙度符合標準，維氏硬度計都可以檢測。維氏硬度計通過步進電機，對工件表面進行打壓，之后再由讀數(shù)顯微鏡測量壓痕的對角線的長度。之后利用對角線及試驗力的一個換算關系來測得維氏硬度。另外可以安裝維氏硬度計測量軟件，通過電腦顯示屏來顯示圖像，操作測量硬度值更方便和快捷。

維氏硬度計用途

維氏硬度試驗主要用于材料研究和科學試驗方面小負荷維氏硬度試驗，主要用于測試小型精密零件的硬度，表面硬化層硬度和有效硬化層深度，鍍層的表面硬度，薄片材料和細線材的硬度，刀刃附近的硬度，牙科材料的硬度等。由于試驗力很小，壓痕也很小，試樣外觀和使用性能都可以不受影響。顯微維氏硬度試驗主要用于金屬學和金相學研究，用于測定金屬組織中各組成相的硬度，用于研究難熔化合物脆性等。顯微維氏硬度試驗還用于極小或極薄零件的測試，零件厚度可薄至3μm。

廣泛應用于測定微小、薄形試件、表面滲鍍層等試件的顯微硬度和測定玻璃、陶瓷、瑪瑙、人造寶石等較脆而又硬的材料的努氏硬度，是科研機構、工廠及質監(jiān)部門進行材料研究和檢測的理想硬度測試儀器。適用范圍：熱處理、碳化、淬火硬化層，表面覆層，鋼，有色金屬和微小及薄形零件等。配備努氏壓頭后能測定玻璃、陶瓷、瑪瑙、人造寶石等較脆而又硬材料的努氏硬度。

維氏硬度計試驗原理

維氏硬度計以49.03～980.7N的負荷,將相對面夾角為136°的方錐形金剛石壓入器壓材料表面,保持規(guī)定時間后，用測量壓痕對角線長度，再按公式來計算硬度的大小。它適用于較大工件和較深表面層的硬度測定。維氏硬度尚有小負荷維氏硬度，試驗負荷﹤1.949.03N，它適用于較薄工件、工具表面或鍍層的硬度測定；顯微維氏硬度，試驗負荷﹤1.961N，適用于金屬箔、極薄表面層的硬度測定。

試驗力除以壓痕表面積的商就是維氏硬度值。維氏硬度值計算公式：HV = 常數(shù)×試驗力/壓痕表面積 ≈0.1891 F/d2 …………式中：HV ――― 維氏硬度符號；F ――― 試驗力（單位N）；d ――― 壓痕兩對角線d1、d2的算術平均值（單位mm）。實用中是根據(jù)對角線長度d通過查表可得到維氏硬度值。國家標準規(guī)定維氏硬度壓痕對角線長度范圍為0.020～1.400mm。見上面維氏硬度計試驗原理圖示。