维氏硬度计的原理和试验方法
维氏硬度试验方法
维氏硬度计的原理：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。
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0.020～1.400mm3.2 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。
洛氏布氏维氏硬度计的测试原理
硬度计的种类很多，这里重点介绍最常用的洛氏、布氏、维氏硬度计的测试原理。
一、洛氏硬度的测量原理洛氏硬度测量法是最常用的硬度试验方法之一。
它是用压头(金刚石圆锥或淬火钢球)在载荷(包括预载荷和主载荷)作用下，压入材料的塑性变形浓度来表示的。
通常压入材料的深度越大，材料越软；压入的浓度越小，材料越硬。
图14-1表示了洛氏硬度的测量原理。
图中：0-0：未加载荷，压头未接触试件时的位置。
1-1：压头在预载荷P0(98.1N)作用下压入试件深度为h0时的位置。
h0包括预载所引起的弹形变形和塑性变形。
2-2：加主载荷P1后，压头在总载荷P= P0+ P1的作用下压入试件的位置。
3-3：去除主载荷P1后但仍保留预载荷P0时压头的位置，压头压入试样的深度为h1。
由于P1所产生的弹性变形被消除，所以压头位置提高了h，此时压头受主载荷作用实际压入的浓度为h= h1- h0。
实际代表主载P1造成的塑性变形深度。
h值越大，说明试件越软，h值越小，说明试件越硬。
为了适应人们习惯上数值越大硬度越高的概念，人为规定，用一常数K减去压痕深度h的数值来表示硬度的高低。
并规定0.002mm为一个洛氏硬度单位，用符号HR表示，则洛氏硬度值为：为了扩大洛氏硬度的测量范围，可用不同的压头和不同的总载荷配成不同标度的洛氏硬度。
洛氏硬度共有15种标度供选择，它们分别为：HRA，HRB，HRC，HRD，HRE，HRF，HRG，HRH，HRK，HRL，HRM，HRP，HRR，HRS，HRV。
其中常用的几种标度列表如下：表14-1 各种洛氏硬度值的符号及应用二、布氏硬度的测量原理选择一事实上的载荷P，把直径为D的淬火钢球压入试件表面并保持一定时间，然后卸去载荷，测量钢球在试样表面压出的压痕直径d，计算出压痕面积，算出载荷P与压痕面积的比值，这个比值所表示的硬度就是布氏硬度，用符号HB表示。
布氏硬度的测量原理如图11-2所示。
设压痕的深度为h，则压痕的球冠面积为：(14-2)式中：P——测试用的载荷(kg)；D——压头钢球的直径(mm)；d——压痕直径(mm)；F——压痕面积(mm2)。
维氏硬度试验
维氏硬度试验试验标准GB/T4043-1999《金属维氏硬度试验》，标准按三个试验力范围规定了测定金属维氏硬度的方法。
并规定维氏硬度试验对角线的长度范围 为0.020-1.400 mm 表5-5硬度试验采用的压头是两相对面间夹角为136º的金刚石正四棱锥体。
压头在选定的试验力F 作用下，压入试样表面，经规定保持时间后，卸除试验力。
在试样表面压出一个正四棱锥形的压痕，测量压痕对角线长度d ，用压痕对角线平均值计算压痕的表面积。
维氏硬度值是试验力F 除以压痕表面积所得的商，用符号HV表示。
维氏硬度计算公式；HV=常数⨯试验力压痕表面积=0.102221362sin 20.1891F F d d ≈ α——金刚石压头顶部两相对面夹角136ºF ——试验力d ——两压痕对角线长度1d 和2d 的算术平均值维氏硬度值不标注单位。
在静态力测定硬度方法中，维氏硬度试验方法是最精确的一种，这种方法测量硬度的范围较宽，可以测定目前所使用的绝大部分金属材料的硬度。
维氏硬度压头采用相对面夹角为136°的金刚石正四棱锥体，是为了在不同试验力条件下获得相同形状的压痕，使各级试验力测定的结果相同。
另外压头136°夹角，在一定范围内其硬度值与布氏硬度值非常接近，特别是布氏硬度试验中采用硬质合金球作压头时，更是如此维氏硬度用HV表示;符号之前为硬度值,符号之后按顺序排列;1.选择的试验力值;2.试验力保持时间(10-15秒不标注)示例; 640HV30/20表示在试验力为294.2N(30Kgf)下保持20秒测定的硬度值勤为640。
560HV1表示在试验力为9.81N(1Kgf)下保持10-15秒测定的硬度值勤为560。
二、试验设备及仪器根据试验力的大小，维氏硬度试验设备可分为维氏硬度计、小载荷维氏硬度计和显微维氏硬度计。
试验设备应满足以下条件：（1）维氏硬度计、小载荷维氏硬度计试验力允许误差不大于±1.0%。
维氏硬度实验方法标准
维氏硬度实验方法标准维氏硬度是一种常用的材料硬度测试方法，广泛应用于金属材料的硬度测试。
维氏硬度测试方法通过在一定负荷下，利用金刚石或硬质合金锥形体对试验材料表面进行压痕测试，通过压痕的长径和短径之比来确定材料的硬度值。
本文将介绍维氏硬度实验方法的标准操作流程，以及实验中需要注意的事项。
实验仪器和试验材料准备。
1. 实验仪器，维氏硬度计、金刚石或硬质合金锥形体、显微镜。
2. 试验材料，需进行硬度测试的金属材料样品。
实验操作流程。
1. 将试验样品放置在水平台上，调整试验样品与硬度计的位置，使其处于合适的测试位置。
2. 调整试验仪器，使其负荷针对试验材料表面施加合适的负荷。
3. 施加负荷后，观察金刚石或硬质合金锥形体对试验材料表面的压痕情况。
4. 使用显微镜观察压痕，测量压痕的长径和短径。
5. 根据测量结果计算出试验样品的维氏硬度值。
实验注意事项。
1. 在进行维氏硬度测试时，应确保试验样品表面光洁平整，避免表面有凹凸不平或氧化层影响测试结果。
2. 在调整试验仪器时，应根据试验材料的不同特性选择合适的负荷，以保证测试的准确性。
3. 在观察压痕时，应使用显微镜进行观察，确保能够清晰地观察到压痕的形状和尺寸。
4. 在测量压痕的长径和短径时，应使用精密测量工具进行测量，确保测量结果的准确性。
5. 在计算维氏硬度值时，应根据压痕的长径和短径之比，参照硬度计的标准曲线或公式进行计算，得出最终的硬度值。
维氏硬度实验方法标准的正确操作对于材料硬度测试具有重要意义，只有严格按照标准操作流程进行测试，才能得到准确可靠的硬度测试结果。
希望本文介绍的维氏硬度实验方法标准能够对相关人员在实验操作中有所帮助，提高实验的准确性和可靠性。
金属维氏硬度试验第1部分试验方法
9.7 压痕中心间距和压痕中心至边 缘距离
由于压头压入试样表面时压痕周围的金属 经历塑性变形,产生应变硬化.如两个压痕距 离太近,后一个压痕会受前个压痕周围硬化 区的影响,造成硬度测量不准确.由于压痕周 围的硬化区大小与压痕的对角线长短相关, 所以,安全的压痕中心的距离应以压痕对角 线的倍数规定,见标准中7.6条.
试验后试样背面不应出现可见痕迹. • 小截面试样或外形不规则的试样,可将
试样镶嵌或采用专用支撑台进行试验. • 试样表面应平坦,光滑,无氧化皮及外来
物.
7 试验
• 试验温度: 试验在室温10℃～35℃下进行,对 于温度要求严格的试验,室温应为23 ℃±5 ℃.
• 试验力:按照标准中表4的规定选用试验力. • 试样支承面应清洁无异物.试样支承应稳固,试
试验力F/N
允许误差/%
F≥1.961
±1.0
0.09807≤F＜1.961
±1.5
9.2 压痕对角线测量误差
硬度计压痕测量误差和测量装置分辨力对 硬度的影响其形式相同:
HV 2 d 2
HV
d
规定压痕测量装置分辨力和最大允许误差 见表2 :
表2 压痕测量分辨力和允许误差
对角线长度 d/mm
9.4 试样表面粗糙度影响
试样表面机加工粗糙度对压痕测量影响主要是粗
糙度差的表面造成压痕对角线端点不清晰,使得测 量数据分散性大.为了能减小这种影响,建议试样 的表面粗糙度为:
表3 表面粗糙度
试样
粗糙度Ra/ m
显微维氏硬度试样
0.1
小负荷维氏硬度试样
0.2
维氏硬度试样
0.4
9.5 试样最小厚度
• 在曲面试样上测定的结果应按附录B进行修 正.
材料硬度表示方法之维氏硬度
材料硬度表示方法之维氏硬度一、维氏硬度检测原理维氏硬度是英国史密斯（Robert L. Smith）和塞德兰德（George E. Sandland）于1921年在维克斯公司（Vickers Ltd）提出的，表示材料硬度的一种方法。
指用一个相对面间夹角为136度的金刚石正棱锥体压头，在规定载荷F作用下压入被测试样表面，保持定时间后卸除载荷，测量压痕对角线长度d，进而计算出压痕表面积，最后求出压痕表面积上的平均压力，即为金属的维氏硬度值，用符号HV表示。
维氏硬度的理论计算公式维氏硬度的表示方法：维氏硬度试验的分类：维氏硬度试验按试验力大小的不同，细分为三种试验：维氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。
具体如下所示：维氏硬度压头：维氏硬度检测后压痕（400倍显微镜下）二、维氏硬度测试的特点维氏硬度测试的优点：①维氏硬度测试的压痕是正方形，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；②维氏硬度测试范围宽广，可以检测目前工业上所用到的几乎全部金属材料，从很软的材料到很硬的材料都可测量；③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；④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。
维氏硬度测试的缺点：维氏硬度检测效率低，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。
三、影响维氏硬度测试的因素①维氏硬度试样表面状况，表面应光滑平整，不能有氧化皮及杂物，不能有油污。
维氏硬度试样表面粗糙度参数Ra不大于0.40μm，小负荷维氏硬度试样不大于0.20μm，显微维氏硬度试样不大于0.10μm。
维氏硬度计的测量原理
维氏硬度计的测量原理
1. 弹性变形原理，维氏硬度计利用物体表面受力后的弹性变形程度来测量硬度。
测量时，维氏硬度计的钻头或球形压头施加在待测物体表面上，产生一个标准化的压痕。
根据物体表面的弹性变形程度，可以推断物体的硬度。
2. 压头形状，维氏硬度计常用的压头形状有钻头和球形压头。
钻头适用于测量金属材料的硬度，球形压头适用于测量非金属材料的硬度。
压头的形状对于测量结果的准确性有一定影响。
3. 压头施加力，维氏硬度计通过调节压头施加的力来进行硬度测量。
压头施加的力与硬度之间存在一定的关系，通过测量压头施加的力以及压痕的尺寸，可以计算出物体的硬度值。
4. 压痕尺寸测量，在维氏硬度计中，测量压痕的尺寸是确定硬度值的重要步骤。
通常使用显微镜或光学设备来测量压痕的直径或对角线长度。
根据压痕的尺寸和压头施加力，可以利用标准化的硬度公式计算出物体的硬度值。
5. 硬度计算：根据维氏硬度计的测量原理，可以通过以下公式
计算物体的硬度值：
维氏硬度值 = 压头施加力 / 压痕的表面积。
综上所述，维氏硬度计的测量原理基于物体表面的弹性变形程度，通过施加标准化的压头形状和力，并测量压痕的尺寸来计算物体的硬度值。
这种测量原理在工程、材料科学等领域中得到广泛应用。
维氏硬度计的原理
维氏硬度计的原理维氏硬度计是用来测量材料硬度的一种机械仪器，它是通过一定的载荷作用于测试材料上，然后测量印痕深度并计算出硬度值。
下面我来详细介绍维氏硬度计的原理。
维氏硬度计的原理是通过钨球作为压头对被测试材料进行压力作用，测量出压头在材料表面留下的印痕直径。
首先，钨球通过按压装置被压缩，并且沿着被测试材料的表面滚动。
在滚动过程中，钨球受到材料表面的阻力，使其产生变形，形成一个圆形印痕。
钨球的直径为1/16英寸（1.6毫米），载荷由10克至50千克不等，可使维氏硬度计适用于多种材料的测试。
测量时，将被测试材料放在硬度计的平台上，并对其固定。
然后，选择适当的载荷，并通过螺旋旋钮将钨球压向材料表面。
在一定的载荷下，钨球在被测试材料表面留下一个印痕。
然后，使用显微镜或放大镜来测量印痕的直径。
直径可以通过一个圆规测量或在显微镜下使用目镜来确定。
钨球直径和载荷的组合转换成硬度值，并按照一定的标准来分类其硬度等级。
维氏硬度计的原理基于"化学活性的硬度"来表征材料硬度。
化学活性硬度是指当金属表面扣除空气含量后被压力作用后的硬度，它是一种相对于材料氧化程度的硬度，因此在不同的测试条件下，同一材料的硬度值可能会有所不同。
但维氏硬度计的结果可被用于确定同一批次材料的相对硬度，听说它是最常用的硬度测试工具之一。
维氏硬度计在实际应用中得到了广泛的应用，如检测和比较材料的硬度、材料的抗变形性能、材料的焊接或钎焊接口情况、材料的表面应力等。
维氏硬度计的原理简单、测量灵敏度高，并且硬度值的标准化也使得不同的测试结果具有相对的可比性。
因此，在机械、冶金、建筑、汽车、航空、电子等领域都有广泛的应用。
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维氏硬度计的原理：
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。
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～1.400mm
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（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（30kg）的试验力，保持时间20S时得到的硬度值为600。
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
表维氏硬度试验的三种方法
维氏硬度试验可选用的试验力值很多，见表
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倍。
试验后试样背面不应出现可见的变形痕迹。
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。
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。
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。
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。