維氏硬度

維氏硬度，是指用一個相對面間夾角為136度的金剛石正棱錐體壓頭，在規(guī)定載荷F作用下壓入被測試樣表面，保持定時間后卸除載荷，測量壓痕對角線長度d，進而計算出壓痕表面積，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HV表示。在實際測量中，并不需要進行計算，而是根據(jù)所測d值，直接進行查表得到所測硬度值。

維氏硬度是英國史密斯（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準。

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，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。

HV-適用于顯微鏡分析。維氏硬度（HV） 以120kg以內(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）。

計算公式為：

F=負荷（牛頓力），S=壓痕表面積bai （平方毫米），α= 壓頭相對面夾角=136°，d=平均壓痕對角線長度（毫米）。

報告維氏硬度值的標準格式為xHVy。例如185HV5中，185是維氏硬度值，5指的是測量所用的負荷值（單位：千克力）。

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

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(gòu)、工廠及質(zhì)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。

硬度表示法

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

如：600HV30/20---采用30千克力的試驗力，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量較軟的材料，又可以測量較硬的材料，但它對試樣同樣有著自己的要求。只有選擇合適的試樣，才能避免由此帶來的誤差，得到準確的維氏硬度值。

維氏硬度測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程中，應盡量減少過熱或者冷作硬化等因素對表面硬度的影響。

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

維氏硬度測試影響因素

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

1）測試面與壓頭的角度

維氏硬度測試為壓入法，壓頭在一定的力值作用下，垂直壓入待測樣品的表面，樣品表面產(chǎn)生塑性變形留下菱形的壓痕。而當樣品表面存在一定的傾斜角度時，菱形壓頭的四個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圍的塑性變形較為均勻，而傾斜的樣品，傾斜角度越大，測試后的塑性變形越嚴重。與壓頭接觸的坡上部分壓痕周圍變形更嚴重，壓痕的對角線較短，而坡下部分壓痕周圍變形較少，壓痕的對角線較長。將測試后的樣品放平后在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，壓痕均有不同程度的擠出現(xiàn)象，導致對角線邊緣附近有“拱起"現(xiàn)象，這一現(xiàn)象隨著傾斜角度的增大而越明顯，從而導致壓坑越大，造成了對角線長度的增大，硬度測試值變小。

維氏硬度測試時，測試面與壓頭的角度偏差會導致維氏硬度測試值偏低，且隨角度的增大，偏差越大。為了得到更為準確的測試結(jié)果，應在制樣時盡可能避免有明顯的傾斜角度。同時，隨傾斜角度的增大，導致壓痕對角線的差值增大，傾斜角度為1～2°時，壓痕差值滿足國家標準要求，傾斜角度為3°時，不能滿足要求。 [3]

2）參數(shù)值

在進行維氏硬度試驗時，應確保硬度值的準確性，做好相關參數(shù)的優(yōu)化工作，分析試驗力的誤差原因，并深入研究這些因素對維氏硬度值的影響，以有效降低測量誤差。

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力的組成部分，且還包括上述設施運動過程中受到的摩擦力。由此看出，維氏硬度試驗力的誤差主要來源于杠桿比、杠桿主軸、工作軸重力、摩擦力以及砝碼重力等幾部分。在維氏硬度試驗過程中，相關參數(shù)直接影響著試驗力結(jié)果，為了減小誤差，工作人員應在考慮維氏硬度試驗原理的基礎上，選擇恰當?shù)脑囼灹?shù)值，針對誤差*原因采取有效的解決措施，從而提升維氏硬度試驗的準確性。