维氏硬度试验

《计量学名词》。 2100433B

用试验力将顶部两相对面夹角为 136°的正四棱锥体金刚石压头压入试样表面，保持规定的时间后，卸除试验力，测出试样表面压痕对角线长度,以便确定试样硬度的全部过程。

维氏硬度计简介

维氏硬度计的试验力比较多，只要工件表面的粗糙度符合标准，维氏硬度计都可以检测。维氏硬度计通过步进电机，对工件表面进行打压，之后再由读数显微镜测量压痕的对角线的长度。之后利用对角线及试验力的一个换算关系来测得维氏硬度。另外可以安装维氏硬度计测量软件，通过电脑显示屏来显示图像，操作测量硬度值更方便和快捷。

维氏硬度计用途

维氏硬度试验主要用于材料研究和科学试验方面小负荷维氏硬度试验，主要用于测试小型精密零件的硬度，表面硬化层硬度和有效硬化层深度，镀层的表面硬度，薄片材料和细线材的硬度，刀刃附近的硬度，牙科材料的硬度等。由于试验力很小，压痕也很小，试样外观和使用性能都可以不受影响。显微维氏硬度试验主要用于金属学和金相学研究，用于测定金属组织中各组成相的硬度，用于研究难熔化合物脆性等。显微维氏硬度试验还用于极小或极薄零件的测试，零件厚度可薄至3μm。

广泛应用于测定微小、薄形试件、表面渗镀层等试件的显微硬度和测定玻璃、陶瓷、玛瑙、人造宝石等较脆而又硬的材料的努氏硬度，是科研机构、工厂及质监部门进行材料研究和检测的理想硬度测试仪器。适用范围：热处理、碳化、淬火硬化层，表面覆层，钢，有色金属和微小及薄形零件等。配备努氏压头后能测定玻璃、陶瓷、玛瑙、人造宝石等较脆而又硬材料的努氏硬度。

维氏硬度计试验原理

维氏硬度计以49.03～980.7N的负荷,将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入器压材料表面,保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。维氏硬度尚有小负荷维氏硬度，试验负荷﹤1.949.03N，它适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定；显微维氏硬度，试验负荷﹤1.961N，适用于金属箔、极薄表面层的硬度测定。

试验力除以压痕表面积的商就是维氏硬度值。维氏硬度值计算公式：HV = 常数×试验力/压痕表面积 ≈0.1891 F/d2 …………式中：HV ――― 维氏硬度符号；F ――― 试验力（单位N）；d ――― 压痕两对角线d1、d2的算术平均值（单位mm）。实用中是根据对角线长度d通过查表可得到维氏硬度值。国家标准规定维氏硬度压痕对角线长度范围为0.020～1.400mm。见上面维氏硬度计试验原理图示。

维氏硬度试验法是用夹角为136°的正四棱锥体金刚石压头，在规定载荷作用下压入被测试金属表面来测量硬度，并以压痕单位面积所受的压力作为计量硬度的指标，维氏硬度以符号HV来表示。维氏硬度试验法的特点是能适应各种软硬材料以及薄层、表层和显微区域的硬度测定，而且测量精度高，但试样制作要求高、操作较复杂。

维氏硬度试验法相对于布氏和洛氏硬度而言，有以下优点。

1.试验负荷可任意选用，不同负荷下的压痕都满足相似原理，这样可便于不同软硬或厚薄试样，以及薄层、表层及显微区域的硬度测定，并保证同一试样所测硬度，不受试验负荷的影响。

2.压头采用金剐石四方角锥，故可像洛氏硬度一样适用于各种软硬材料，但又克服了洛氏硬度各种标度不能统一的缺点，见图3。

3.由于金刚石四方角锥的压痕轮廓比布氏的球形轮廓清晰，因此测量压痕对角线时，比布氏法测量压痕直径更准确；另外，四方角锥的压痕对角线长度刚好是压入深度的7倍，所以测量压痕对角线长度比洛氏硬度测定压入深度更准确；故用维氏硬度试验法测维氏硬度压头角锥锥面夹角的确定定硬度精确度高，特别适用于测定高硬度、薄层、显微区域（压痕都很小）的硬度试验。

4.由于选用夹角为136°的四方角锥，可以使维氏硬度的压痕面积F_凹和布氏硬度的压痕面积F_凹相等，这样维氏硬度试验法所测数值HV与布氏硬度法所测数值HB基本相等，维氏硬度值与抗拉强度之间也保持一定关系。但是在HB大于400时，由于钢球本身变形之故，布氏硬度值HB小于维氏硬度值HV。如图4所示，可以证明压痕直径为0.375D（D为钢球直径）的球形凹陷面积正好与面夹角为136°的四方角锥凹陷面积相等。

维氏硬度与布氏硬度一样，也是根据压痕凹陷面积上所受的应力来确定其硬度值。即

式中，F-试验力（N）；

S₀-压痕凹陷面积（mm²）。

但维氏硬度所用的压头不是钢球，而是锥面夹角为136°的金刚石四方角锥。由于采用的是金刚石四方角锥，不管压头上的试验力如何改变，试样上压痕的几何形状恒相似。因此，维氏硬度试验时，试验力F的大小可任意选择。经计算可证明：

式中，F-试验力（N）；

d-压痕对角线长度的算术平均值（mm）。

一式可用来计算维氏硬度值，但实际生产中常用直接查表方法来获得HV数值。一般硬度计说明书上都供应一系列标准试验力下的HV-d关系表，只要测出压痕对角线长度d，根据所用的试验力，在相应的关系表中即可查出HV值。另外，用于测定钢表面硬化层、渗层和镀层硬度的小负荷维氏硬度计，以及用于测定显微组织硬度的显微硬度计，其试验原理与维氏硬度的试验原理相同，只是施加的试验力更小，产生的压痕也越小，而试验机上测量对角线用的显微镜则有更高的放大倍数。为此，我国参照ISO标准将原来的3个国家标准《金属维氏硬度试验方法》、《金属小负荷维氏硬度试验方法》、《金属显微维氏硬度试验方法》，合并为一个国家标准GB/T 4340.1-1999《金属维氏硬度试验第一部分：试验方法》。

《金属维氏硬度试验(第2部分):硬度计的检验(GB/T 4340.2-1999)》由中国标准出版社出版。