維氏硬度試驗(yàn)

《計(jì)量學(xué)名詞》。 2100433B

用試驗(yàn)力將頂部?jī)上鄬?duì)面夾角為 136°的正四棱錐體金剛石壓頭壓入試樣表面，保持規(guī)定的時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)出試樣表面壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度,以便確定試樣硬度的全部過(guò)程。

維氏硬度計(jì)簡(jiǎn)介

維氏硬度計(jì)的試驗(yàn)力比較多，只要工件表面的粗糙度符合標(biāo)準(zhǔn)，維氏硬度計(jì)都可以檢測(cè)。維氏硬度計(jì)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)，對(duì)工件表面進(jìn)行打壓，之后再由讀數(shù)顯微鏡測(cè)量壓痕的對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度。之后利用對(duì)角線(xiàn)及試驗(yàn)力的一個(gè)換算關(guān)系來(lái)測(cè)得維氏硬度。另外可以安裝維氏硬度計(jì)測(cè)量軟件，通過(guò)電腦顯示屏來(lái)顯示圖像，操作測(cè)量硬度值更方便和快捷。

維氏硬度計(jì)用途

維氏硬度試驗(yàn)主要用于材料研究和科學(xué)試驗(yàn)方面小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)，主要用于測(cè)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(xì)線(xiàn)材的硬度，刀刃附近的硬度，牙科材料的硬度等。由于試驗(yàn)力很小，壓痕也很小，試樣外觀(guān)和使用性能都可以不受影響。顯微維氏硬度試驗(yàn)主要用于金屬學(xué)和金相學(xué)研究，用于測(cè)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(yàn)還用于極小或極薄零件的測(cè)試，零件厚度可薄至3μm。

廣泛應(yīng)用于測(cè)定微小、薄形試件、表面滲鍍層等試件的顯微硬度和測(cè)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(jī)構(gòu)、工廠(chǎng)及質(zhì)監(jiān)部門(mén)進(jìn)行材料研究和檢測(cè)的理想硬度測(cè)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(cè)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(jì)試驗(yàn)原理

維氏硬度計(jì)以49.03～980.7N的負(fù)荷,將相對(duì)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(shí)間后，用測(cè)量壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度，再按公式來(lái)計(jì)算硬度的大小。它適用于較大工件和較深表面層的硬度測(cè)定。維氏硬度尚有小負(fù)荷維氏硬度，試驗(yàn)負(fù)荷﹤1.949.03N，它適用于較薄工件、工具表面或鍍層的硬度測(cè)定；顯微維氏硬度，試驗(yàn)負(fù)荷﹤1.961N，適用于金屬箔、極薄表面層的硬度測(cè)定。

試驗(yàn)力除以壓痕表面積的商就是維氏硬度值。維氏硬度值計(jì)算公式：HV = 常數(shù)×試驗(yàn)力/壓痕表面積 ≈0.1891 F/d2 …………式中：HV ――― 維氏硬度符號(hào)；F ――― 試驗(yàn)力（單位N）；d ――― 壓痕兩對(duì)角線(xiàn)d1、d2的算術(shù)平均值（單位mm）。實(shí)用中是根據(jù)對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度d通過(guò)查表可得到維氏硬度值。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定維氏硬度壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度范圍為0.020～1.400mm。見(jiàn)上面維氏硬度計(jì)試驗(yàn)原理圖示。

維氏硬度試驗(yàn)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(cè)試金屬表面來(lái)測(cè)量硬度，并以壓痕單位面積所受的壓力作為計(jì)量硬度的指標(biāo)，維氏硬度以符號(hào)HV來(lái)表示。維氏硬度試驗(yàn)法的特點(diǎn)是能適應(yīng)各種軟硬材料以及薄層、表層和顯微區(qū)域的硬度測(cè)定，而且測(cè)量精度高，但試樣制作要求高、操作較復(fù)雜。

維氏硬度試驗(yàn)法相對(duì)于布氏和洛氏硬度而言，有以下優(yōu)點(diǎn)。

1.試驗(yàn)負(fù)荷可任意選用，不同負(fù)荷下的壓痕都滿(mǎn)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(cè)定，并保證同一試樣所測(cè)硬度，不受試驗(yàn)負(fù)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(biāo)度不能統(tǒng)一的缺點(diǎn)，見(jiàn)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(cè)量壓痕對(duì)角線(xiàn)時(shí)，比布氏法測(cè)量壓痕直徑更準(zhǔn)確；另外，四方角錐的壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度剛好是壓入深度的7倍，所以測(cè)量壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度比洛氏硬度測(cè)定壓入深度更準(zhǔn)確；故用維氏硬度試驗(yàn)法測(cè)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(cè)定高硬度、薄層、顯微區(qū)域（壓痕都很?。┑挠捕仍囼?yàn)。

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(yàn)法所測(cè)數(shù)值HV與布氏硬度法所測(cè)數(shù)值HB基本相等，維氏硬度值與抗拉強(qiáng)度之間也保持一定關(guān)系。但是在HB大于400時(shí)，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(yīng)力來(lái)確定其硬度值。即

式中，F(xiàn)-試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)時(shí)，試驗(yàn)力F的大小可任意選擇。經(jīng)計(jì)算可證明：

式中，F(xiàn)-試驗(yàn)力（N）；

d-壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度的算術(shù)平均值（mm）。

一式可用來(lái)計(jì)算維氏硬度值，但實(shí)際生產(chǎn)中常用直接查表方法來(lái)獲得HV數(shù)值。一般硬度計(jì)說(shuō)明書(shū)上都供應(yīng)一系列標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)力下的HV-d關(guān)系表，只要測(cè)出壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度d，根據(jù)所用的試驗(yàn)力，在相應(yīng)的關(guān)系表中即可查出HV值。另外，用于測(cè)定鋼表面硬化層、滲層和鍍層硬度的小負(fù)荷維氏硬度計(jì)，以及用于測(cè)定顯微組織硬度的顯微硬度計(jì)，其試驗(yàn)原理與維氏硬度的試驗(yàn)原理相同，只是施加的試驗(yàn)力更小，產(chǎn)生的壓痕也越小，而試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量對(duì)角線(xiàn)用的顯微鏡則有更高的放大倍數(shù)。為此，我國(guó)參照ISO標(biāo)準(zhǔn)將原來(lái)的3個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《金屬維氏硬度試驗(yàn)方法》、《金屬小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)方法》、《金屬顯微維氏硬度試驗(yàn)方法》，合并為一個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.1-1999《金屬維氏硬度試驗(yàn)第一部分：試驗(yàn)方法》。

《金屬維氏硬度試驗(yàn)(第2部分):硬度計(jì)的檢驗(yàn)(GB/T 4340.2-1999)》由中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版。