维氏硬度计原理应用及优缺点

liming8006

　 3. 维氏硬度计（GB/T4340.1—1999）
　　3.1 维氏硬度计原理
　　采用正四棱锥体金刚石压头，在试验力作用下压入试样表面，保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角线长度，见图3-1。
　　
　　图3-1维氏硬度试验原理图
　　试验力除以压痕表面积的商就是维氏硬度值。维氏硬度值按式（３－１）计算：
　　HV = 常数×试验力/压痕表面积 ≈0.1891 F／d2 …………（3－1）
　　式中：HV　　————　　维氏硬度符号；
　　      F　　――――　　试验力，N；
　　      d　　————　　压痕两对角线d1、d2的算术平均值，mm
　　实用中是根据对角线长度d通过查表得到维氏硬度值。
　　国家标准规定维氏硬度压痕对角线长度范围为0.020～1.400mm
　　3.2 维氏硬度的表示方法
　　维氏硬度表示为HV，维氏硬度符号HV前面的数值为硬度值，后面为试验力值。标准的试验保持时间为10～15S。如果选用的时间超出这一范围，在力值后面还要注上保持时间。例如：
　　600HV30—表示采用294.2N（30kg）的试验力，保持时间10～15S时得到的硬度值为600。
　　600HV30/20—表示采用294.2N（30kg）的试验力，保持时间20S时得到的硬度值为600。
　　3.3 维氏硬度试验的分类和试验力选择
　　维氏硬度试验按试验力大小的不同，细分为三种试验，即：维氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验和显微维氏硬度试验。见表3-1
　 表3-1维氏硬度试验的三种方法

试验力范围/N	硬度符号	试验名称
F≥49.03	≥HV5	维氏硬度试验
1.961≤F<49.03	HV0.2～<HV5	小负荷维氏硬度试验
0.09807≤F<1.961	HV0.01～<HV0.2	显微维氏硬度试验

　　维氏硬度试验可选用的试验力值很多，见表3-2。
　　 表3-2推荐的维氏硬度试验力

维氏硬度试验		小负荷维氏试验试验		显微维氏硬度试验
硬度符号	试验力/N	硬度符号	试验力/N	硬度符号	试验力/N
HV5	49.03	HV0.2	1.961	HV0.01	0.09807
HV10	98.07	HV0.3	2.942	HV0.015	0.1471
HV20	196.1	HV0.5	4.903	HV0.02	0.1961
HV30	294.2	HV1	9.807	HV0.025	0.2452
HV50	490.3	HV2	19.61	HV0.05	0.4903
HV100	980.7	HV3	29.42	HV0.1	0.9807
注：1.维氏硬度试验可使用大于980.7N的试验力； 2.显微维氏试验力为推荐值。

　　试验力的选择要根据试样种类、试样厚度和预期的硬度范围而定。标准规定，试样或试验层的厚度至少为压痕对角线长度的1.5倍。试验后试样背面不应出现可见的变形痕迹。
3.4 维氏硬度试验的优点
　　维氏硬度试验的压痕是正方形，轻廓清晰，对角线测量准确，因此，维氏硬度试验是常用硬度试验方法中精度最高的，同时它的重复性也很好，这一点比布氏硬度计优越。
　　维氏硬度试验测量范围宽广，可以测量目前工业上所用到的几乎全部金属材料，从很软的材料（几个维氏硬度单位）到很硬的材料（3000个维氏硬度单位）都可测量。
　　维氏硬度试验最大的优点在于其硬度值与试验力的大小无关，只要是硬度均匀的材料，可以任意选择试验力，其硬度值不变。这就相当于在一个很宽广的硬度范围内具有一个统一的标尺。这一点又比洛氏硬度试验来得优越。
　　在中、低硬度值范围内，在同一均匀材料上，维氏硬度试验和布氏硬度试验结果会得到近似的硬度值。例如，当硬度值为400以下时，HV≈HB，如图3-2所示。
　　维氏硬度试验的试验力可以小到10gF，压痕非常小，特别适合测试薄小材料。
　　
　　图3-2，HV与HB硬度值的吻合图
　　 3.5 维氏硬度试验的缺点
　　维氏硬度试验效率低，要求较高的试验技术，对于试样表面的光洁度要求较高，通常需要制作专门的试样，操作麻烦费时，通常只在实验室中使用。
　　 3.6 维氏硬度计的应用
　　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。显微维氏硬氏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。