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(xué)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(xué)和金相學(xué)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(yīng)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(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(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(yīng)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(dǎo)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(yīng)確保硬度值的準確性，做好相關(guān)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(shè)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(guān)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(yīng)在考慮維氏硬度試驗原理的基礎(chǔ)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。