維氏硬度

維氏硬度，是指用一個(gè)相對(duì)面間夾角為136度的金剛石正棱錐體壓頭，在規(guī)定載荷F作用下壓入被測(cè)試樣表面，保持定時(shí)間后卸除載荷，測(cè)量壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度d，進(jìn)而計(jì)算出壓痕表面積，最后求出壓痕表面積上的平均壓力，即為金屬的維氏硬度值，用符號(hào)HV表示。在實(shí)際測(cè)量中，并不需要進(jìn)行計(jì)算，而是根據(jù)所測(cè)d值，直接進(jìn)行查表得到所測(cè)硬度值。

維氏硬度是英國(guó)史密斯（Robert L. Smith）和塞德蘭德（George E. Sandland）于1921年在維克斯公司（Vickers Ltd）提出的。表示材料硬度的一種標(biāo)準(zhǔn)。

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，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。

HV-適用于顯微鏡分析。維氏硬度（HV） 以120kg以?xún)?nèi)的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用載荷值除以材料壓痕凹坑的表面積，即為維氏硬度值（HV）。

計(jì)算公式為：

F=負(fù)荷（牛頓力），S=壓痕表面積bai （平方毫米），α= 壓頭相對(duì)面夾角=136°，d=平均壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度（毫米）。

報(bào)告維氏硬度值的標(biāo)準(zhǔn)格式為xHVy。例如185HV5中，185是維氏硬度值，5指的是測(cè)量所用的負(fù)荷值（單位：千克力）。

維氏硬度計(jì)測(cè)量范圍寬廣，可以測(cè)量工業(yè)上所用到的幾乎全部金屬材料，從很軟的材料（幾個(gè)維氏硬度單位）到很硬的材料（3000個(gè)維氏硬度單位）都可測(cè)量。

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。

硬度表示法

HV前面的數(shù)值為硬度值，后面則為試驗(yàn)力，如果試驗(yàn)力保持時(shí)間不是通常的10-15秒，還需在試驗(yàn)力值后標(biāo)注保持時(shí)間。

如：600HV30/20---采用30千克力的試驗(yàn)力，保持20秒，得到硬度值為600。  

樣品要求

雖然維氏硬度既可以測(cè)量較軟的材料，又可以測(cè)量較硬的材料，但它對(duì)試樣同樣有著自己的要求。只有選擇合適的試樣，才能避免由此帶來(lái)的誤差，得到準(zhǔn)確的維氏硬度值。

維氏硬度測(cè)試樣品的要求大致如下：

試樣外表要求

維氏硬度試樣表面應(yīng)光滑平整，不能有氧化皮及雜物，不能有油污。一般的，維氏硬度試樣表面粗糙度參數(shù)Ra不大于0.40μm，小負(fù)荷維氏硬度試樣不大于0.20μm，顯微維氏硬度試樣不大于0.10μm。（μm是表面粗糙度參數(shù)Ra的單位。）

試樣制備的要求

維氏硬度試樣制備過(guò)程中，應(yīng)盡量減少過(guò)熱或者冷作硬化等因素對(duì)表面硬度的影響。

此外，對(duì)于小截面或者外形不規(guī)則的試樣，如球形、錐形，需要對(duì)試樣進(jìn)行鑲嵌或者使用專(zhuān)用平臺(tái)。 [2]

維氏硬度測(cè)試影響因素

硬度是材料性能的一項(xiàng)非常重要的性能指標(biāo)，也是生產(chǎn)過(guò)程中一種快速進(jìn)行質(zhì)量控制的重要手段。常用的硬度試驗(yàn)方法有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度，其中維氏硬度因其可測(cè)硬度范圍*，同時(shí)根據(jù)測(cè)試力值的不同可測(cè)工件、鍍層、滲層甚至不同顯微組織的硬度，尤其是對(duì)于尺寸較小的樣品，可以通過(guò)鑲嵌等方式，得到準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，因此維氏硬度的應(yīng)用范圍*。然而維氏硬度測(cè)試時(shí)，對(duì)試樣的表面粗糙度要求較高，尤其是小力值的維氏硬度，需要表面進(jìn)行拋光處理才能得到準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。然而在試樣制備過(guò)程中，想要獲取非常平整的表面比較困難，試樣經(jīng)磨拋后，測(cè)試面與壓頭不會(huì)*垂直，會(huì)存在一定的角度偏差，尤其是一些鍍層、滲層等在試樣表面時(shí)，磨拋更是會(huì)產(chǎn)生一定的倒角，導(dǎo)致測(cè)試面與壓頭存在一定的角度偏差。

1）測(cè)試面與壓頭的角度

維氏硬度測(cè)試為壓入法，壓頭在一定的力值作用下，垂直壓入待測(cè)樣品的表面，樣品表面產(chǎn)生塑性變形留下菱形的壓痕。而當(dāng)樣品表面存在一定的傾斜角度時(shí)，菱形壓頭的四個(gè)角位承受的力不一致，造成了壓痕形貌有所差別。

未傾斜的樣品壓痕周?chē)乃苄宰冃屋^為均勻，而傾斜的樣品，傾斜角度越大，測(cè)試后的塑性變形越嚴(yán)重。與壓頭接觸的坡上部分壓痕周?chē)冃胃鼑?yán)重，壓痕的對(duì)角線(xiàn)較短，而坡下部分壓痕周?chē)冃屋^少，壓痕的對(duì)角線(xiàn)較長(zhǎng)。將測(cè)試后的樣品放平后在顯微鏡下觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，壓痕均有不同程度的擠出現(xiàn)象，導(dǎo)致對(duì)角線(xiàn)邊緣附近有“拱起"現(xiàn)象，這一現(xiàn)象隨著傾斜角度的增大而越明顯，從而導(dǎo)致壓坑越大，造成了對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度的增大，硬度測(cè)試值變小。

維氏硬度測(cè)試時(shí)，測(cè)試面與壓頭的角度偏差會(huì)導(dǎo)致維氏硬度測(cè)試值偏低，且隨角度的增大，偏差越大。為了得到更為準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，應(yīng)在制樣時(shí)盡可能避免有明顯的傾斜角度。同時(shí)，隨傾斜角度的增大，導(dǎo)致壓痕對(duì)角線(xiàn)的差值增大，傾斜角度為1～2°時(shí)，壓痕差值滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，傾斜角度為3°時(shí)，不能滿(mǎn)足要求。 [3]

2）參數(shù)值

在進(jìn)行維氏硬度試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)確保硬度值的準(zhǔn)確性，做好相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化工作，分析試驗(yàn)力的誤差原因，并深入研究這些因素對(duì)維氏硬度值的影響，以有效降低測(cè)量誤差。

杠桿系統(tǒng)、主軸、工作軸以及砝碼重力經(jīng)一定杠桿比放大形成的力等均屬于試驗(yàn)力的組成部分，且還包括上述設(shè)施運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的摩擦力。由此看出，維氏硬度試驗(yàn)力的誤差主要來(lái)源于杠桿比、杠桿主軸、工作軸重力、摩擦力以及砝碼重力等幾部分。在維氏硬度試驗(yàn)過(guò)程中，相關(guān)參數(shù)直接影響著試驗(yàn)力結(jié)果，為了減小誤差，工作人員應(yīng)在考慮維氏硬度試驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，選擇恰當(dāng)?shù)脑囼?yàn)力數(shù)值，針對(duì)誤差*原因采取有效的解決措施，從而提升維氏硬度試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。