显微硬度的测定概要
显微硬度测试标准
显微硬度测试标准一、测试原理显微硬度测试是一种通过在显微镜下对材料表面或内部进行硬度测试的方法。
它通过在试样表面施加一定压力，测量试样在该压力下的变形量，从而确定试样的硬度。
显微硬度测试通常采用维氏硬度或努氏硬度标准进行测量。
二、测试设备1.显微镜：用于观察试样表面，确保测试位置准确。
2.硬度计：用于施加压力并测量试样的变形量。
3.试样夹具：用于固定试样，确保测试过程中试样不移动。
三、试样制备1.试样尺寸：根据测试要求，确定试样的尺寸和形状。
2.试样表面处理：确保试样表面平整、无杂质，必要时进行抛光处理。
3.试样标识：在试样表面标注测试位置和方向。
四、硬度计校准在进行显微硬度测试前，需要对硬度计进行校准，以确保测试结果的准确性。
校准可以采用标准硬度块或与已知硬度的材料进行比较。
五、硬度测试1.选择合适的载荷和保持时间，确保施加压力和测量变形量准确。
2.在显微镜下观察试样表面，选择合适的测试位置。
3.施加压力，记录变形量，并计算硬度值。
4.对于同一试样，在不同位置进行多次测试，以获得更准确的硬度分布情况。
六、测试结果解读根据测定的硬度值，可以判断材料的硬度等级、分布情况以及与其他材料的差异。
同时，还可以结合其他性能指标，如韧性、耐磨性等，对材料性能进行综合评估。
七、测试精度与误差显微硬度测试的精度和误差受到多种因素的影响，如载荷选择、保持时间、试样制备、硬度计校准等。
为提高测试精度和减小误差，应采用高精度的载荷和保持时间，严格控制试样制备和硬度计校准过程。
同时，对于同一试样在不同时间或不同设备上进行多次测试的结果进行比较和分析，以获得更准确的硬度值。
八、测试报告格式与内容显微硬度测试报告应包括以下内容：1.测试目的：明确本次测试的目的和要求。
2.试样信息：包括试样的名称、编号、尺寸、制备方法等。
3.测试设备：描述使用的显微镜、硬度计、试样夹具等设备的信息。
4.测试条件：包括载荷选择、保持时间、测量位置等。
显微维氏硬度计主要技术参数
显微维氏硬度计主要技术参数显微维氏硬度计是一种用于测量物体硬度的仪器。
它是根据维氏硬度原理设计的，可以通过显微镜观察物体的压痕来确定其硬度值。
下面将介绍显微维氏硬度计的主要技术参数。
1. 硬度测量范围：显微维氏硬度计的硬度测量范围通常是从纳米级到微米级。
不同型号的显微维氏硬度计具有不同的硬度测量范围，可以满足不同材料的硬度测试需求。
2. 测量精度：显微维氏硬度计的测量精度是指其能够准确测量出物体的硬度值的能力。
测量精度一般以百分比或小数表示，较高的测量精度意味着仪器可以提供更准确的硬度测量结果。
3. 显微镜放大倍数：显微维氏硬度计通常配备有显微镜，用于观察物体的压痕。
显微镜的放大倍数决定了观察压痕的清晰度和细节度。
常见的显微镜放大倍数有100倍、200倍、400倍等。
4. 测量力：显微维氏硬度计施加在物体上的测量力决定了硬度测试的准确性和可靠性。
测量力通常由弹簧或负荷单元提供，常见的测量力范围为0.01N到50N。
不同材料的硬度测试需要施加不同大小的测量力。
5. 测量时间：显微维氏硬度计的测量时间是指完成一次硬度测试所需的时间。
测量时间的长短直接影响着硬度测试的效率。
一般来说，测量时间越短，硬度测试的效率越高。
6. 仪器重量和尺寸：显微维氏硬度计的重量和尺寸对于使用者来说也是一个重要考虑因素。
较轻便的仪器可以方便携带和操作，适用于现场硬度测试或需要频繁移动的场合。
7. 数据处理功能：现代的显微维氏硬度计通常配备有数据处理功能，可以实现数据存储、分析和打印等功能。
这些功能可以帮助使用者更方便地处理和管理硬度测试数据。
8. 附件和配件：显微维氏硬度计通常还配备有一些附件和配件，如硬度块、刻度尺、样品夹等。
这些附件和配件可以提供更便捷的操作和更准确的测量。
显微维氏硬度计的主要技术参数包括硬度测量范围、测量精度、显微镜放大倍数、测量力、测量时间、仪器重量和尺寸、数据处理功能，以及附件和配件。
这些参数决定了显微维氏硬度计的性能和适用范围，使用者可以根据需要选择合适的仪器进行硬度测试。
材料显微硬度的测定
图40—1 努氏压头的几何尺寸
2.维氏金刚石压头是将压头磨成正四棱锥体，其相 对两面夹角为136 0 。维氏显微硬度值是所施加的负荷（k g f）除以压痕的表面积（mm2 ）。 采用维氏金刚石压头时，其压痕深度约为对角线长度 的1/7。维氏硬度的计算公式如下：
l
HV
2 P Sin / 2 l
2. 测微目镜 1） 由于各人观察目镜中的刻线存在着视差，在更换 观测者时，应微量调节焦距，使观察到的视场内的刻线内 侧清晰。 2） 当测量压痕对角线90°转动目镜视，要注意测微 目镜要紧贴目镜管，不能留有间隙，否则会影响测量的准 确性。 3. 显微镜光源 1） 光源照明灯的中心位置将直接影响压痕的成像质 量。如果象质模糊或光亮不均匀，可小心调节三个调节螺 钉，使灯泡中心位置与光学中心位置一致。
2
1854 P l
2
1854 P 9 . 81 l
2
（40—2）
式中：
── 压痕对角线长的平均值（mm） θ ── 金刚石压头相对面的夹角（1360 ）
l
为了精确测量努氏和维氏金刚石压痕的对角线长度，
压痕必须清晰可见。压痕清晰实际上是衡量试样表面制
备质量的一个标准。一般来说，试验负荷越轻，所要求
六:思考题
1. 材料硬度测试有几种方法 ？
它们的适用对象是什么 ？ 2. 两种显微硬度测试方法的异同 是什么 ？ 3. 影响材料硬度测试准确性的因 素是什么 ？
七:主要参考文献
[1] 孙淑珍、张洪泉，陶瓷工艺实验，武汉工业大学， 1 995年，79～82 。 [2] 祝桂洪编著，陶瓷工艺实验，中国建筑工业出版社， 1987年6月(第一版)，121～125 。 [3] 廖目嶽、金文博译［美］V.E 莱萨特、A.德贝利斯 著，硬度试验手册，计量出版社1987年(第1版)，8 4～108 。 [4] GB/T 16534-1996 工程陶瓷维氏硬度试验方法。 [5] GB/T 4342-1991 金属显微维氏硬度试验方法。 [6] ASTM E 384 材料显微硬度试验。 [7] ASTM C 730-85(89) 玻璃努氏压痕硬度试验方法。
实验六 显微硬度测定 - 常州大学
实验六显微硬度测定一、实验目的1、了解和熟悉材料显微硬度及其测定的意义；2、了解材料显微硬度（测定）的主要影响因素；3、掌握无机材料显微硬度的测定原理和测定方法。
二、实验原理1、材料硬度的含义通俗含义：软硬程度 - 耐磨性 - 强度 – 保养…专业定义：抵抗局部变形 – 强度、致密度、均匀性…2、材料硬度测定的意义金属材料：强度相关性及有关使用性能无机非金属材料：反映坯体、釉面或烧结体多方面问题3、硬度测定方法及原理（限无机材料）莫氏硬度：十等级标准物质参照（刻划）洛氏与布氏硬度：硬物压入深度-广度维氏与努氏硬度：同上、显微硬度（测定）影响因素（误差来源）布、取向性…4测定方法：压头材质、形状、尺寸…预载/载荷大小：脆性材料尤其敏感保载时间：塑性材料比较敏感材料宏观均匀性：三相比例及分材料微观均匀性：晶粒大小、取向及晶界差异…材料组成：晶体结构类型、固溶体…材料制备工艺：各向异性、残余应力、不均匀分布…、实验仪器与材料自动显微硬度计））三1、仪器：HX-1000（半2、材料：金属试样、玻璃试样或陶瓷（生坯注：试样具体品种、数量、尺寸不做硬性规定！试记录：、实验步骤（参考教材）到各操作部件位置；操作；求值；。
3、调四1、认真阅读教材相关内容，找2、注意教师现场示范操作和要点提醒；3、指定一名学生模仿操作，并随时订正误4、本组学生顺序独立操作一遍；5、正式测试并记录测定结果，查表6、变换不同载荷与保载时间，记录测定结果注意：保持试样待测表面水平，平缓移动工作台；对角线不对称或边缘模糊脆裂时，如何处理；、实验记录与计算始数据和硬度计算值（结合查表）；保持试样和仪器清洁。
五1、采用三线表记录原2、汇总同组实验数据，做硬度-载荷、硬度-保载时间曲线。
注意：教材所列实验记录表，仅供参考。
、结果分析与讨论时间的关系；、思考题硬度的意义是什么？有什么关系？各有什么局限性？、一般注意事项工作台位置复原，并关闭硬度计电源；六1、硬度与载荷及保载2、误差分析及可能的材料原因。
显微硬度的测定(精)
对操作技能与仪器设备的要求：
培养学生独立进行材料科学研究的基本技能，掌握材料科学研究的资料获取、实验组织、准确进行实验数据处理、能够对实验结果进行准确的分析；重点训练学生对现代仪器的使用与操作技能；实验使用的HXD∽1000A数字显微硬度计是一种由精密机械、光学系统和专用微处理机组合而成的测定仪器。
显微硬度的测定
项目编号
085019-6
项目名称
显微硬Байду номын сангаас的测定
面向专业
材料科学与工程
课程名称
无机材料科学
教材、实习指导名称
无机材料科学实验
所属院系
材料科学与工程学院
所属实验室
工程与功能材料实验室
实验类别
专业基础课
实验类型
验证
实验要求
必做
难易程度
容易
计划学时
2
学分
0.1
实验套数
1
每组人数
5
最多容纳人数
5
实验项目简介：
本实验通过用HXD∽1000A数字显微硬度计采用静载压入的方法测定材料的维氏硬度、努普硬度，使学生掌握测定显微硬度的基本操作方法和操作过程，熟悉和了解材料显微硬度的影响因素。
实验目的：
1．掌握静载压入法测定材料硬度的原理和过程。
2．学习使用显微硬度计测定材料的维氏硬度，努普硬度。
对实验原理与方法的要求：
对实验报告的要求：
要求用正规实验纸，书写清晰，详细叙述试样名称、外观及尺寸、实验步骤，阐明实验中出现的现象，明确试验目的，记录原始数据，注明实验日期。
显微硬度的测定方法.概要
显微硬度的测定⽅法.概要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 ）。
实验九、材料的维氏显微硬度测量实验
硬质合金维氏硬度试验方法、GB10420-89 碳化钨钢结硬质合金洛氏硬度（C 和 A）的测定、 GB2654-89 焊接接头及堆焊金属硬度试验方法、GB4675.5-84 焊接性试验焊接热影响区最高 硬度试验方法、GB8640-88 金属热喷漆涂层表面洛氏硬度试验方法等，还有一些尚未纳标的 试验方法，例如里氏硬度试验以及锤击硬度试验和划痕试验（莫氏、马氏、李氏……）。
图 1-1 维氏金刚石棱锥压头维氏硬度试验基本原理图
维氏硬度用 HV 表示，则维氏硬度的计算公式为：
d d1－d 2 2
式中：
HV——
维氏硬度值（kgf/ mm2 ）
F——
试验力（kgf ）
ห้องสมุดไป่ตู้
S——
压痕锥形表面积（mm2 ）
d——
压痕对角线平均长度（mm ）
Θ——
压头两相对面夹角（136°）
维氏硬度试验的试验力向小的方向延伸，就出现了小负荷维氏和显微维氏硬度试验。通
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。显微维氏硬度试验主 要用于金属学和金相学研
选择哪种硬度是至关重要的！若选择错了，尽管操作及仪器无误，其结果仍是没有价值 的。应该结合实际多作分析，重要的结论可以同时结合别的试验，根据经验和标准要求来推 断、证实试验结果的有效性，凭借一两个硬度值来决定问题往往会导致错误的结论。
2、维氏硬度的原理： 维氏硬度试验方法是英国史密斯（R.L.Smith ）和塞德兰德 （C.E.Sandland ）于 1925 年 提出的。英国的维克斯—阿姆斯特（Vickers-Armstrong ）公司试制了第一台以此方法进行 试验的硬度计。因此该试验方法被称为维氏（Vickers ）硬度试验方法，进行此种硬度试验 的硬度计被称为维氏硬度计。 其原理是将一个相对面夹角为 136°的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力压入被 测材料表面经保持规定时间后（试验力保持时间为 10～15 秒），卸除试验力，用读数显微镜 测量压痕两对角线长度 d1 和 d2，取其算术平均值，查表或代入公式计算出维氏度值。
显微硬度的测定
由于努氏压头具有的特异形状，压痕为一长短对角 线近似为1：7的菱形。根据压头的几何形状可知，使用 较轻的负荷就能压印出一个能清晰测量的菱形压痕。因 此，不管是硬质材料还是易碎材料的硬度试验，均可采 用努氏压头。努氏压头测试材料硬度的压痕深度约为其 长对角线长度的1/30 。
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1. 努氏金刚石压头是一个对面角分别为172o30ˊ和13 0o,顶端横刃不大于1 μ m的菱形四面锥体，在规定的荷重下 （一般为0.1 kgf = 0.981 N），在压头接触试样前开始， 以0.20±0.05 mm/min的低速压人试样表面，并使压头与试 2 样保持接触20～50秒钟，卸载后，测量压痕的长对角线长。 努氏硬度（KHN）值是所施加的负荷P与永久压痕的投影面积 S之比。即： KHN = P/S = P/C L2 = p/9.81 C L 2 式中：P ── 所施加的负荷（kg f） ； p ── 所施加的负荷（N） ；
升降丝杠、加载系统、软键显示操作面板、高倍率光学 测量系统等部分组成。通过软键输入，能调节测量光源 强弱，预置试验力保持时间，维氏和努氏试验方法切换。 在软键面板上的LCD显示屏上，能显示试验方法、测试力、 压痕长度、硬度值、试验力保持时间、测量次数等。
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4. 将标准硬度试块（或被测试块）安放在试样台上，转动 旋轮（20）使试样台上升，眼睛接近测微目镜观察。当 标准试块或试样离物镜下端2～3mm时，目镜的视场中 央出现明亮的光斑，说明聚焦面即将来到，此时应缓慢 微量上升，直至在目镜中观察到试块（样）表面的清晰 成像。 5. 将转换手柄逆时针转动，使压头主轴处于主体前方，此 时压头顶尖（1）与焦平面间的间隙约0.4～0.5 mm。 当测量不规则的试样时，一定要注意不要使压头碰及试 样，以免造成压头损坏。
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11. 先转动左侧鼓轮，使左边刻线对准压痕一角，在转动 右侧鼓轮，两刻线分离，使右侧刻线对准压痕另一角。 当刻线对准压痕对角线无误时，按下测微目镜下方的 按钮输入,并在显示屏的D1后显示。
12. 转动右侧鼓轮转动时，LCD屏上D1后的数字闪烁，表 示结果还未输入，当结果输入后，光标转入D2。按上 述方法在测试另一对角线的长度，此时，LCD屏HV值 就同时显示。在进行努氏硬度测量时，只需测试对角 线的长度，Hk硬度值就立即显示。在进行维氏硬度测 量时，为了减少误差，应在两条垂直的对角线上测量， 取其算术平均值。
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4. 将标准硬度试块（或被测试块）安放在试样台上，转动 旋轮（20）使试样台上升，眼睛接近测微目镜观察。当 标准试块或试样离物镜下端2～3mm时，目镜的视场中 央出现明亮的光斑，说明聚焦面即将来到，此时应缓慢 微量上升，直至在目镜中观察到试块（样）表面的清晰 成像。
三、实验方法和步骤：
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1. 转动试验力变换手轮，选择符合要求的试验力。旋 转变换手轮时，应动作缓慢，防止动作过快产生冲 击。
2. 打开电源开关（22），LCD屏上显示试验力变换手 轮所选择的试验力，
3. 转动物镜（18）、压头转换手柄（16），使40× 物镜处于主体前方。（光学系统总放大倍率为 400×）
次为5
秒，“+”为加，“-”为减。
7. 按下”START”键，此时加试验力，（LOADING）LED 指示灯亮。
8. 试验力施加完毕，延时（DWELL）LED亮，LCT屏上按 所选定时间倒计时，延时时间到，试验力卸除，卸力指 示（UNLOADING）LED亮。在LED 未灭前，不得转动 压头测量转换手柄，否则会影响压痕测量精度，甚至损 坏仪器。
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13. .如对本次测量结果不满意。可重复进行测量或按
“SPECI”、“RESET”复位键重新进行试验 14. LCD屏显示测量次数N ＞ 1时，可按“SPECI”、
“PRI”输出测试结果。 15. 当目镜中观察到的压痕太小或太大影响测量时，需转
5. 将转换手柄逆时针转动，使压头主轴处于主体前方，此 时压头顶尖（1）与焦平面间的间隙约0.4～0.5 mm。 当测量不规则的试样时，一定要注意不要使压头碰及试 样，以免造成压头损坏。
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6. 根据试验要求键入需要的试验力延时保荷时间。每键一
HV
2P • Sin
l2
/2
1854 l2
P
1854 P 9.81 l2
式中： l ── 压痕对角线长的平均值（mm） θ ── 金刚石压头相对面的夹角（1360）
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为了精确测量努氏和维氏金刚石压痕的对角线长度， 压痕必须清晰可见。压痕清晰实际上是衡量试样表面制 备质量的一个标准。一般来说，试验负荷越轻，所要求 的表面光洁度就越高。当使用100 gf（0.981 N）以下 负荷试验时，试样应进行金相抛光。同时，要求测量显 微镜所测压痕长度的误差应小于0.0005 mm.
KHN = P/S = P/C L2 = p/9.81 C L2 式中：P ── 所施加的负荷（kg f） ；
p ── 所施加的负荷（N） ；
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S ── 永久压痕的面积（mm2 ） ； L ── 压痕长对角线的长度（mm） C ── 1/2（ctg A/2×tg B/2）= 0.07028 A ── 纵向菱边夹角（172030′±5′） B ── 横向菱边夹角（1300±30′） 由于努氏压头具有的特异形状，压痕为一长短对角 线近似为1：7的菱形。根据压头的几何形状可知，使用 较轻的负荷就能压印出一个能清晰测量的菱形压痕。因 此，不管是硬质材料还是易碎材料的硬度试验，均可采 用努氏压头。努氏压头测试材料硬度的压痕深度约为其 长对角线长度的1/30 。
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MS E
习惯上把硬度试验分为两类：宏观硬度和显微硬度。 宏观硬度是指采用1 Kgf(9.81 N)以上负荷进行的硬度试验。 显微硬度是指采用1Kgf(9.81 N)或小于1 Kgf(9.81 N)负荷 进行的硬度试验 。 显微硬度测试是用努氏金刚石角锥压头或维氏金刚石压头 来测量材料表面的硬度。
实验内容：
材料显微硬度的测定
MS E
一、实验目的：
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பைடு நூலகம்
1. 了解显微硬度测试的意义。 2. 了解影响显微硬度的因素。 3. 学习显微硬度测试的原理与方法。
二、显微硬度测定原理 ：
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一般硬度测试的基本原理是：在一定时间间隔里，施 加一定比例的负荷，把一定形状的硬质压头压入所测材料 表面，然后，测量压痕的深度或大小。
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1. 努氏金刚石压头是一个对面角分别为172o30ˊ和13 0o,顶端横刃不大于1 μm的菱形四面锥体，在规定的荷重下 （一般为0.1 kgf = 0.981 N），在压头接触试样前开始， 以0.20±0.05 mm/min的低速压人试样表面，并使压头与试 样保持接触20～50秒钟，卸载22o 后，测量压痕的长对角线长。 努氏硬度（KHN）值是所施加的负荷P与永久压痕的投影面积 S之比。即：
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1.压头 2.压头螺钉
3.后盖
4.电源插头 5.主
体 6.显示操作面板
7.升降丝杆
8.10×物
镜
9.定位弹簧 10.测量照明灯座 11.数字式测微
目镜 12.上盖
9. 将转换手柄顺时针转动，使40×物镜处于主体前方，这 时可在目镜中测量压痕对角线长度。
10.在测量前，先将测微镜右边的鼓轮顺时针旋转，使目镜 内的两刻线边缘相近移动。当两刻线边缘相近时，透光
缝隙逐渐减少，当两刻线间处于无光隙的临界状态时， 按下“CL”键清零。
动试验力变换手轮，使试验力符合要求，这时应按下 “SPECI”和“RESET”键，LCD屏显示所选试验力
四、实验报告内容
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1. 简述实验目的和步骤
2. 说明显微硬度测定的原理和方法
3. 画出所测定试样的显微形貌示意图，并标出不同区域所 测定的显微硬度值
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2.维氏金刚石压头是将压头磨成正四棱锥体，其相 对两面夹角为136 0 。维氏显微硬度值是所施加的负荷（k g f）除以压痕的表面积（mm2 ）。
采用维氏金刚石压头时，其压痕深度约为对角线长度 的1/7。维氏硬度的l 计算公式如下：
三．实验器材
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HVS—1000型数显显微硬度计由试验机主体、工作台、 升降丝杠、加载系统、软键显示操作面板、高倍率光学 测量系统等部分组成。通过软键输入，能调节测量光源 强弱，预置试验力保持时间，维氏和努氏试验方法切换。 在软键面板上的LCD显示屏上，能显示试验方法、测试力、 压痕长度、硬度值、试验力保持时间、测量次数等。
13.照相接口盖 14.试验力变换手
轮
15.照相、测量转换拉杆 16.物镜、压头转换手
轮 17.转盘
18.40×物镜
19.十字试台
20.旋轮
21.电源指示灯
22.电源开关 23.水
平调节螺钉
24.面板式打印机
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