关于显微硬度讲解课件
金相实验室培训之显微硬度计操作
自动切割机
切割前一 定要把盖 子盖好， 再开始工
作
没有冷却系统样件被燃烧后的图 示
燃烧区
未燃烧区
变形区 未变形区
切割中燃烧的区域
切割之后的变形区域
3镶样
镶好的试样可以保持比较好的边界和平 面，有助于金相的制备和观察。
对镶样材料的要求如下： 整个镶样过程中，不能损坏试样。注意
镶样的温度和压力有时候可能损坏样品。 氮气压力7mpa, 加热8分钟 用水冷却4
4.1.4抛光：使用抛光绒布，氧化铝混合水溶液，在不 同的硬度抛光的时间也不一样，淬火件硬度比较高， 抛光的时间不用太长，手动抛光，在于不同的人，不 同的压力，它抛光的时间也是不同的。
磨抛盘
粗磨
细磨
精磨
抛光
4.2自动磨抛机
4.2.1砂纸 180# 时间1 分钟
4.2.2Allegro 6um抛光 悬浮液 时间5分钟
切割工具选择
一.数控电火花线切割：(在切割过程 中必须把冷却液淋于切割面，以免温 度过高，在切割的过程中会产生大量 的热量和变形，如果选用了不合适的 切割盘或者在切割过程中没有冷却系 统，样品就会燃烧起来，。这样就导 致显微组织的改变。
线切割
自动切割机
二．自动切割机：也是一样用较慢的速 度切割，也是冷却水要淋于切割面，速 度可以按样品的不同来控制，淬火件等 一些高硬度的产品速度一定要慢一般控 制1.5mm/S以免温度过高，再者速度快， 产品硬度高会使砂轮片损坏，碎裂。而 一些烧结件硬度低速度就可以调快点， 一般可以调到2mm/S-5mm/S
4.2.3Mol 3um抛光悬 浮液 时间5-10分钟
4.2.4Nep 1um抛光悬 浮液 时间30秒
显微硬度的测定方法讲诉
显微硬度的测定方法与设备一．显微硬度的基本概念“硬度”是指固体材料受到其它物体的力的作用，在其受侵入时所呈现的抵抗弹性变形、塑性变形及破裂的综合能力。
这种说法较接近于硬度试验法的本质，适用于机械式的硬度试验法，但仍不适用于电磁或超声波硬度试验法。
“硬度”这一术语，并不代表固体材料的一个确定的物理量，而是材料一种重要的机械性能，它不仅取决于所研究的材料本身的性质，而且也决定于测量条件和试验法。
因此，各种硬度值之间并不存在着数学上的换算关系，只存在着实验后所得到的对照关系。
“显微硬度”是相对“宏观硬度”而言的一种人为的划分。
目前这一概念参照国际标准ISO6507/1-82“金属材料维氏硬度试验”中规定“负荷小于0.2kgf（1.961N）维氏显微硬度试验”及我国国家标准GB4342-84“金属显微维氏硬度试验方法”中规定“显微维氏硬度”负荷范围为“0.01~0.2kgf（98.07×10-3~1.961N）”而确定的。
负荷≤0.2kgf（≤1.961N）的静力压入被试验样品的试验称为显微硬度试验。
以实施显微硬度试验为主，负荷在0.01~1kgf（9.907×10-3~9.807N）范围内的硬度计称为显微硬度计。
显微硬度的测试原理是采用一定锥体形状的金刚石压头，施以几克到几百克质量所产生的重力（压力）压入试验材料表面，然后测量其压痕的两对角线长度。
由于压痕尺度极小，必须在显微镜中测量。
二．显微硬度试验方法显微硬度测试采用压入法，压头是一个极小的金刚石锥体，按几何形状分为两种类型，一种是锥面夹角为136˚的正方锥体压头，又称维氏（Vickers）压头，另一种是棱面锥体压头，又称努普（knoop）压头。
这两种压头分别示于图8-1a和图8-1b中。
图8-1a 维氏压头图8-1b 努氏压头2.1 维氏（Vickers ）硬度试验法1．维氏压头二相对棱面间的夹角为136˚金刚石正方四棱角锥体，即为维氏压头（图8-1a ）。
显微硬度 李炜
本章介绍了显微硬度的原理及应用
退出
显微硬度的测试原理是采用一定锥体形状的金刚石 压头，施以几克到几百克质量所产生的重力（压力）
压入试验材料表面，然后测量其压痕的两对角线长度。 由于压痕尺度极小，必须在显微镜中测量。
压头按几何形状分为两种类型，一种是锥面夹角
为136˚的正方锥体压头，又称维氏（Vickers）压头， 另一种是棱面锥体压头，又称努普（knoop）压头。
维氏（Vickers）硬度试验法 1．维氏压头 二相对棱面间的夹角为136˚金刚石正方四棱角锥体，即为维氏压头。 2．维氏硬度 维氏压头在一定的负荷作用下，垂直压入被测样品的表面产生凹痕， 其每单位面积所承受力的大小即为维氏硬度。 维氏硬度计算公式 ： HV=1854.4P/d2 式中：HV— 维氏硬度（gf/mm2） P－负荷（gf） d— 压痕对角线长度（μ m）
b. 用努普压头测定某些材料（如各向异性的材料）的硬度
时，其硬度随压头相对于材料的方向不同而有差异。因 为努普硬度试验中只测量压痕的长对角线长，而维氏硬
度试验中常测量压痕的二条对角线长度，取其平均值以
消除二垂直方向对角线长度不一致而带来的硬度值误差。
c. 努普硬度试验中对试样表面光洁度要求更高。 因为在压痕顶端产生的起伏不平对压痕对角线长度产 生的误差比维氏压痕更敏感。 d. 努普硬度试验时，对压头相对于试样表面的垂
2． 缺点 试件尺寸不可太大；如要知道材料或零件的硬度，
则必须对试件进行多点硬度试验。对试件的表面质量要
求较高，尤其是表面粗糙度。 对测试人员必须进行一定的训练。以保证测试人员
的瞄准精度。
对环境要求高，尤其是要求有严格的防震措施。
显微硬度在金相研究中的应用 金属材料、合金相的研究
显微硬度计操作PPT
测试步骤
第十步、合适的图像可以点击文件 下的“保存图像”进行保存，测试 数值点击测试对话框下的“保存” 进行保存。
显微硬度仪的 操作指南
测试步骤
第一步、双击图标，打开软件；
第二步、单击左侧图像采集图标采集图像；
第三步、在控制面板上选择放大倍数（2第四步、将样件放到水平台上之后，转动 主机右侧下部的升降手轮，（顺时针为升， 逆时针为降）慢慢转动，并且在目镜中观 察；
第五步、工作与物镜之间的测量距离在 0.5mm左右，工件面与物镜只有1mm左右 时，要慢慢转动，切不可急速上升，以免 撞坏物镜或压头；
测试步骤
第六步、调节仪器右侧的载荷选择旋钮，选 择合理的载荷；
第七步、待显示器上的图像清晰可见时，关 闭图像采集，按下控制面板上的LOAD键， 卸载后再次打开图像采集；
第八步、单击图示按钮，在弹出的对话框中 选择与上面对应的设置值。
测试步骤
第九步、拖动红线将其对准压痕的尖 点，红线的相对位置不可改变， 左边红线只能拖到十字压痕的左边； 右边红线只能拖到十字压痕的右边； 上边红线只能拖到十字压痕的上边； 下边红线只能拖到十字压痕的下边； 千万注意：不能交错！后果很严重损 伤设备！ 右击鼠标即可出现硬度值。
显微硬度的原理
显微硬度的原理
显微硬度是一种测量材料硬度的方法。
其原理基于压痕的观察和测量，通过对压痕的尺寸进行测量，进而得到材料的硬度值。
显微硬度测试通常使用金刚石或硬质合金的压头，通过在材料表面施加一定载荷，使之产生一个显微尺寸的压痕。
然后使用显微镜对压痕进行观察和测量。
在观察压痕时，需要测量压痕的两个主要参数：压痕的长轴和短轴的尺寸。
这些尺寸可以通过显微镜的放大倍数和一个标准尺度来测量。
常用的测量参数包括压痕的长度、宽度和压痕中心到材料表面的深度。
根据这些测量参数，可以使用不同的硬度计算公式来计算材料的硬度值。
其中最常用的是维氏硬度和布氏硬度。
维氏硬度是通过测量压痕的对角线长度来计算的。
布氏硬度则是通过测量压痕的直径来计算的。
这些硬度值可以使用标准硬度转换表将其转换成其他硬度单位，例如洛氏硬度或洛氏硬度等。
显微硬度测试可以在不同的载荷下进行，以获得材料在不同载荷下的硬度值。
此外，还可以通过在材料表面进行多次测试，以获得更准确的平均硬度值。
总体而言，显微硬度测试通过测量压痕的尺寸来间接评估材料的硬度。
通过合适的硬度计算公式和标准硬度转换表，可以将
测量得到的压痕尺寸转化为标准硬度单位，从而得到准确的材料硬度值。
显微硬度
3．用于材料科学方面。研究新合成材料组成成分之特性，为研究新材料和合金提供条件，研究高温或低温下 材料之特性。
4．对非金属材料的测定。如对玻璃、玛瑙、磨料、矿物、陶瓷器以及其他一些脆性构·科硕度的测定。这是 其他硬度试验法难以解决的测定项目。
试验
通常把压入载荷大于9.8 N（1 kg·F）时试验的硬度叫作宏观硬度，把负荷小于等于0.2 kg·F（≤1.961 ） 的静压力试验硬度称为微硬度。显微硬度是相对宏观硬度而言的一种人为的划分。
显微硬度负荷范围界定依据 显微硬度计其负荷范围实质上包含了显微硬度试验（40.2 kg·F）以及低负荷硬度试验（0.2～5 kg·F）， 但其负荷级多数属于显微硬度试验。确定显微硬度负荷范围的依据如下： 1）国内外的有关国家标准、工业标准和检定规程 （1）美国国家标准ASTM E384—84中规定，显微硬度计的负荷范围为1～1000 g·F（克·力）。 （2）日本工业标准JIS B7734—1983中规定，显微硬度计的负荷范围为10～1000 g·F（克·力）。 （3）俄罗斯国家标准TOCT9450—7C中规定．显微硬度计的负荷范围为5～500 g·F（克·力）。 （4）我国的显微硬度计检定规程JJG260—81及专业标准ZBY337—85中规定负荷范围为50～1000 g·F （克·力）。
计
显微硬度测试原理
硬度的测试是材料在力学性能研究中最简便、最常用的一种方法。显微硬度是金相分析中常用的测试手段之 一。
显微硬度的测试是将具有一定几何形状的金刚石压头，以较小载荷压入试验材料表面，然后对一条或两条压 痕对角线进行光学测量。由于留在试样上的压痕尺度极小（一般几微米到几十微米），必须在显微镜下测量。
08显微硬度的测定方法
显微硬度测量方法
• • • • • 确定加载的载荷 确定压头的形状 确定加载速率 确定负荷保持时间（10～15s） 在规定放大倍率下（100×或400×）下测 出压痕尺寸 • 把测量的值代入规定的公式计算出硬度值 或查表得到硬度值
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维氏（Vickers）硬度测试
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努氏（Knoop）硬度测试
—可以对试件的剖面进行硬度梯度测试，以判定电镀、氮化、 氧化或渗碳层等的厚度。 —可通过显微硬度试验间接地得到材料的一些其它性能。 —所得压痕为棱形，轮廓清楚，其对角线长度的测量精度高。
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显微硬度测试的特点
• 缺点
—试件尺寸不可太大；如要知道材料或零件的硬度，则必须 对试件进行多点硬度试验。对试件的表面质量要求较高， 尤其是要求表面粗糙度要在RA0.05以上。 —对测试人员必须进行一定的训练。以保证测试人员的测试 精度。 —对环境要求高，尤其是要求有严格的防振措施。
品边缘都将影响测试结果的可靠性。
• 测量压痕尺度时压痕象的调焦——在光学显微镜下所
测得压痕对角线值与成像条件有关。
• 试验载荷 • 压痕的弹性回复
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显微硬度测试的特点
• 优点
—压痕小，压入深度浅，适用于各种零件及成品的硬度试验。 —适用于测定其它宏观硬度试验所无法测定的细小薄片零件 和零件的特殊部位（如刃具的刀刃等），以及电镀层、氮 化层、氧化层、渗碳层等表面层的硬度。 —可以对一些非金属脆性材料（如陶瓷、玻璃、矿石等）及 成品进行硬度测试，不易产生碎裂。
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试验载荷和硬度值之间的关系
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测试要点
硬度值与压痕对角线长度平方的倒数成正比
• 表面状态——试样的表面状态直接影响测试结果的可靠
显微硬度原理
显微硬度原理显微硬度测试是一种常用的材料力学性能测试方法，它通过在显微镜下观察材料表面的印痕大小来评定材料的硬度。
显微硬度测试的原理是利用显微硬度计在一定载荷下，用钻石或硬质合金锥形压头对材料表面进行压痕，然后通过显微镜观察压痕的大小来计算材料的显微硬度值。
显微硬度测试的原理主要包括载荷、压头和压痕三个方面。
首先是载荷，显微硬度测试时所施加的载荷通常是微小的，一般在几克至几千克之间，这样可以保证在显微镜下清晰地观察到压痕的形貌。
其次是压头，常用的压头材料有金刚石和硬质合金两种，它们的硬度都非常高，可以确保在测试过程中不被压痕所损坏。
最后是压痕，显微硬度测试的最终目的是通过观察压痕的大小和形状来计算材料的硬度值，因此压痕的清晰度和准确度对测试结果至关重要。
在进行显微硬度测试时，需要注意一些影响测试结果的因素。
首先是测试载荷的选择，载荷过大会导致压痕过深，影响观察和测量；载荷过小则可能无法形成明显的压痕，使测试结果不准确。
其次是压头的选择，不同的压头适用于不同硬度范围的材料，选择合适的压头对测试结果的准确性至关重要。
最后是测试位置的选择，需要避开材料表面的缺陷和颗粒，以确保测试结果的准确性和可靠性。
显微硬度测试具有操作简便、测试结果准确、适用范围广等优点，因此在材料科学和工程领域得到了广泛的应用。
通过显微硬度测试，可以评定材料的硬度分布规律、不同组织结构的硬度差异、材料的热处理效果等，为材料的设计、选材和质量控制提供了重要的参考依据。
总的来说，显微硬度测试是一种简单而有效的材料力学性能测试方法，其原理清晰，操作方便，测试结果准确可靠。
通过显微硬度测试，可以全面了解材料的硬度特性，为材料的研究和应用提供重要的参考数据。
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• 试验后试样背面不得有肉眼可见的变形 痕迹；
3.布 氏 硬 度 测 试 法
3.1 布氏硬度的测量原理
加载荷P,使直径为D的淬火钢球压头 压入试件表面并保持一定时间，去载后， 测量压痕直径d，算出压痕面积F，
P/F即为布氏硬度，用符号HB表示。布氏 硬度的测量原理如图2所示。
设备简便，操作方便，测量速度快； 测量范围大:可大(多晶体)可小(单个晶粒、
表面渡层、手表内部小零件等)、可软可硬 各种金属件都可做硬度试验；
硬度与强度之间有近似的换算关系，根据测出 的硬度值就可以粗略地估算强度极限值(如碳 钢бb≈0.36HB)。
测定材料的硬度,定性分析材料的组织、性能; 测定脱碳层深度; 定性分析夹杂物性质, 组成相的性质等。
关于显微硬度讲解
硬度：
金属材料抵抗局部变形,特别是抵抗塑 性变形、压痕或划痕的能力。也是衡量 金属软硬程度的判据。
主要内容
1、硬度的特点及应用 2、布氏硬度测试 3、洛氏硬度测试法 4、维氏硬度测试法 5、显微硬度测试法
1. 硬度试验的特点及应用
试样制备简单，可在各种不同尺寸的试样 上进行试验，试验后试样基本不受破坏；
• h值越大，试件越软，h值越小，试件越硬。
• 为适应数值越大硬度越高的概念，用一常数K减去h 表示硬度的高低。并规定每0.002mm为一个洛氏硬 度单位，用符号HR表示，则：
HR K h 0.002
• 测量值直接在表盘上读出。
• 用金刚石圆锥压头时，常数K为0.2mm，硬度值由黑 色表盘表示 ; 用钢球(Φ=1.588mm)压头时，常数K 为0.26mm，硬度值由红色表盘表示.
薄板软钢、退火铜合 金
1.588mm 钢球
1471.5 (150)
红色
31~94 磷青铜、铍青铜
3.175mm 钢球
588.6(60)
红色
铝、锌、铅
2.2 洛氏硬度测定的优缺点
优点:
• 操作简便、迅速，适宜大生产； • 压痕小，适宜测成品； • 适用范围广，从极软到极硬、从极薄到极硬的
材料都能测定。
750kg、1000kg、3000kg七种;
• 材料的软硬不同要配合使用。为了在不同 直径的压头和不同载荷下进行测试时，同 一种材料的布氏硬度值相同。D与P之间要 满足相似原理。
如图3所示。
图3. 不同直经的钢球压头 产生在几何上相似的压头
推倒得出:
式中:A为常数
P/D2
ADdn
Asinn
2
• 只要使P/D2为一常数，就可使保持不变，从而保 持了几何形状相似的压痕。
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后仍保留预载荷P0 时压头的 位置，压入深度为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，主载荷引 起的塑性变形深度为:h= h1- h0
缺点：
• 不同标尺硬度值之间不能相互比较；
• 对粗大组织的金属不适用。
• 硬度表示法如：38HRC、48HR30N、 68HR30T等。
• 金属洛氏试验执行的现行标准为： GB/T 230.1－2004 金属洛氏硬度试验
第1部分：试验方法
洛氏硬度实验过程
1、试验前的准备（参数设定） • 按RESET键清零； • 将选好的压头安装好； • 设预载力； • 设总载荷； • 设定标尺：按D/B键，使力、压头、标尺一致； • 设定保荷时间：键DW TIME与DEC或INC键配合，按SET
键输入；此时显示标尺与0.0; • 用标准块校验，示值误差应符合标准。
2、试验过程 • 放好试样，实验点对准压头； • 顺时转动转盘使试样紧密接触压头，使预载力
指示灯依次点亮，直至“SET”灯亮， • 约1s后自动进行后续过程； • 显示标尺与硬度值供记录； • 设备复原位。
注意事项
• 试样表面要平滑干净； • 试样或试验层最小厚度不小于金刚石压
软钢、退火钢、铜合 金
金刚石圆锥 1471.5 (150)
黑色
20~67 淬火钢、调质钢等
金刚石圆锥 981(100) 黑色
薄钢板、中等厚度的 40~77 表面硬化工件
3.175mm 钢球
981(100)
红色
70~100
铸铁、铝、镁合金、 轴承合金
1.588mm 钢球
588.6(60)
红色
40~100
• 只要满足P/D2为常数，则同一材料测得的HB值是 相同的。且不同材料测得的HB值也可进行比较。
图2.布氏硬度试验原理示意图
• 公式
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).
• 测出d,查表即可得HB值
• 压头直径有Φ2.5mm，Φ5mm，Φ10mm三种; • 载荷有15.6kg、62.5kg、182.5kg、250kg、
2.洛氏硬度测定法
2.1 洛氏硬度的测量原理 用顶角为120°的金刚石圆锥或φ为
1.588mm的淬火钢球为压头,在规定载荷 （初载荷及主载荷）的作用下压入材料 表面,经规定保持时间后,卸除主试验力， 根据压痕深Байду номын сангаас来确定硬度值。图1表示了 洛氏硬度的测量原理。
图1.洛氏硬度试验原理示意图
0-0：未加载荷，压头未接触试件时的位置。
标度 符号 HRA HRB HRC HRD HRE HRF HRG HRH
表1.各种洛氏硬度值的符号及应用
压头
总载荷 表盘上 常用硬度 N(kg) 刻度颜色 值范围
应用举例
金刚石圆锥 588.6(60) 黑色
碳化物、硬质合金、 70~85 表面淬火钢等
1.588mm 钢球
981(100)
红色
25~100
• 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尺的洛氏硬度。 洛氏硬度共有15种标尺供选择，它们分别为： HRA，HRB，HRC，HRD，HRE，HRF，HRG，HRH， HRK，HRL，HRM，HRP，HRR，HRS，HRV；表面 洛氏硬度标尺：HR45N、 HR30N、 HR15N和 HR45T、 HR30T、 HR15T 。其中常用的几种标 尺见表1。