实验九、材料的维氏显微硬度测量实验
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。
金属显微维氏硬度测试方法介绍
硬度测试材料抵抗更硬物压入其表面的能力，称为硬度。
根据试验方法和适应范围的不同,硬度可分为布氏硬度、维氏硬度、洛氏硬度、显微维氏硬度等许多种。
硬度不是一个单纯的物理量，而是反映弹性、强度与塑性等综合性能指标。
6. 显微维氏硬度术语及定义Terms and Definition试验力------试验时所用的负载。
压痕对角线------卸载后，压头在被测样品表面留下的方形或菱形压痕的对角线。
压头夹角------压头顶部两相对面的夹角。
程序Procedure6.1试验一般在10～35℃的室温进行。
对温度要求严格的试验，试验温度应为23℃±5℃。
6.2根据试样厚度和硬度选择试验力。
6.3试样的试验面、支承面、试台表面和压头表面应清洁。
试样应稳固地放置在试台上，以保证在试验过程中不产生位移及变形。
6.4使压头与试样表面垂直接触，垂直于试验面施加试验力，加力过程中不应有冲击和震动，直至将试验力施加至规定值。
6.5试验力保持时间为10～15秒。
对特殊材料，试验力保持时间可以延长，但误差应在±2秒。
6.6整个试验过程之中，试验机不应受到冲击和振动。
6.7任一压痕中心距试样边缘距离，对于钢、铜和铜合金至少应为压痕对角线长度的2.5倍；对于轻金属、铅、锡及合金至少应为压痕对角线的3倍。
两相连压痕中心之间的距离，对于钢、铜和铜合金至少应为压痕对角线长度的3倍；对于轻金属、铅、锡及合金至少应为压痕对角线的6倍，如果相邻压痕大小不同，应以较大压痕确定压痕间距。
在平面压痕上，两对角线长度之差不能超过5％，如果超过5％，应在报告上注明。
参考文件ReferenceGB/T 4340.1-1999金属维氏硬度试验方法ASTM E384-10材料显微硬度的标准试验方法JIS Z2244:1998维氏硬度试验方法可以做这些测试的测试机构：SGS深圳材料实验室（可以到百度搜素）。
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。
金相观察和维氏硬度测试实验报告
金相观察一、实验目的1. 观察铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征。
2. 掌握铁碳合金成分，组织性能之间的变化规律。
二、 实验器材1、金相显微镜2、金相标准试样三、实验原理铁碳合金室温下基本相和组织组成物的基本特征1.铁素体（F ） 是碳溶入α-Fe 中的间隙固溶体，晶体结构为体心立方晶格，具有良好的塑韧性，但强度硬度低，经4%硝酸酒精浸蚀呈白色多边形晶粒，在不同成分的碳钢中其形态为块状和断续网状。
2.渗碳体（Fe 3C ） 是铁与碳形成的化合物，含碳量为6.69%。
晶格为复杂的八面体结构，硬度高，脆性大，用4%的硝酸酒精浸蚀后呈白色，用碱性苦味酸钠热蚀后呈黑色，用此法可以区分铁碳合金中的渗碳体和铁素体。
由铁碳相图知，随着碳的质量分数的不同，渗碳体有不同的形态，一次渗碳体是由液态直接析出的渗碳体，呈白色长条状；二次渗碳体是从奥氏体中析出的渗碳体，呈网状分布，三次渗碳体是从铁素体中析出的渗碳体，沿晶界呈小片状，共晶渗碳体在莱氏体中为连续基体，共析渗碳体是同铁素体交替形成呈交替片状。
3.珠光体（P ） 是铁素体与渗碳体的机械混合物，在平衡状态下，铁素体和渗碳体是片层相间的层状组织。
在高倍下观察时铁素体和渗碳体都呈白色，渗碳体周围有圈黑线包围着，在低倍下当物镜的鉴别能力小于渗碳体厚度的时候，渗碳体就成为一条黑线。
见图3-1四、实验内容及步骤观察以下铁碳合金组织a （15000×）b （400×）图3-1 不同放大倍数下珠光体的显微组织在铁碳状态图上，根据碳的质量分数的不同，铁碳合金分为工业纯铁，碳钢及白口铸铁。
1.工业纯铁 碳的质量分数小于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。
室温下的组织为单相的铁素体晶粒。
用4%的硝酸酒精浸蚀后，铁素体呈白色。
当碳的质量分数偏高时，在少数铁素体晶界上析出微量的三次渗碳体小薄片，见图 3-2。
2.碳钢 碳的质量分数在0.0218～2.11%范围内的铁碳合金称为碳钢，根据钢中含碳量的不同，其组织也不同，钢又分为亚共析钢，共析钢，过共析钢三种。
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。
显微硬度的测定
材料显微硬度的测定一、实验目的：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：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。
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。
1.努氏金刚石压头是一个对面角分别为172030ˊ和1300,顶端横刃不大于1μm的菱形四面锥体，在规定的荷重下（一般为0.1k g f=0.981N），在压头接触试样前开始，以0.20±0.05m m/m i n的低速压人试样表面，并使压头与试样保持接触20～50秒钟，卸载后，测量压痕的长对角线长。
努氏硬度（K H N）值是所施加的负荷P与永久压痕的投影面积S之比。
即：K H N=P/S=P/C L2=p/9.81C L2式中：P──所施加的负荷（k g f）；p──所施加的负荷（N）； 幻灯片5西南大学材料科学与工程学院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）= 0.07028A ──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 。
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%。
维氏硬度计实训报告
一、实训目的通过本次维氏硬度计实训，掌握维氏硬度计的使用方法，了解维氏硬度测试的基本原理，熟悉不同材料的硬度测试方法，提高实验技能，为今后的生产实践打下基础。
二、实训时间2021年X月X日三、实训地点材料力学实验室四、实训器材1. 维氏硬度计一台2. 钢铁试样若干3. 硬度标尺一套4. 研磨工具一套5. 记录本一本五、实训原理维氏硬度试验是一种非破坏性试验方法，通过测量材料表面压痕的面积来计算硬度值。
当两相对硬的球体以一定压力压入材料表面时，在材料表面形成一定的压痕。
根据压痕的面积和试验力，可以计算出材料的维氏硬度值。
六、实训步骤1. 检查硬度计的完好性，确保设备正常工作。
2. 根据试样材料选择合适的试验力，一般试验力范围为2.94～9.807N。
3. 将试样放置在硬度计的工作台上，确保试样表面平整、干净。
4. 使用硬度标尺调整硬度计的压头位置，使其对准试样表面。
5. 启动硬度计，加压至所选试验力，保持一段时间后释放压力。
6. 观察试样表面形成的压痕，记录压痕对角线长度。
7. 根据对角线长度和试验力，利用硬度标尺计算硬度值。
8. 重复步骤2-7，对同一试样进行多次测试，取平均值作为最终硬度值。
9. 清理试样和硬度计，做好实验记录。
七、实训结果与分析本次实训选取了不同硬度的钢铁试样进行测试，试验力为4.90N。
以下是部分试验结果：试样1：硬度值为327HV试样2：硬度值为436HV试样3：硬度值为545HV通过对比不同试样的硬度值，可以发现硬度值与试样材料性质密切相关。
硬度值越高，材料抵抗塑性变形的能力越强。
八、实训总结通过本次维氏硬度计实训，我掌握了维氏硬度计的使用方法，了解了维氏硬度测试的基本原理。
在实验过程中，我学会了如何选择合适的试验力、调整硬度计的压头位置以及计算硬度值。
同时，我也认识到硬度测试在材料性能评价和产品质量控制中的重要性。
在今后的学习和工作中，我将继续努力提高自己的实验技能，为我国材料科学事业贡献力量。
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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。
实验九、材料的维氏显微硬度测量实验
一、实验目的： 1、了解硬度的含义及主要的硬度表征的种类和测定方法。 2、掌握用维氏硬度计测定材料维氏硬度的测试原理和使用方法。
二、实验原理： 1、硬度的涵义和常用的表示方法： 固体材料表面抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力，是衡量材料软硬程度的一个指标。 抵抗能力越高，硬度值就越高。它与材料的化学成分、组织状态、加工处理、工作环境和其 它机械性能有关。有人把硬度试验看成与其他力学试验，例如拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲 击、蠕变等具有同等独立的物理意义，有人把硬度看成是一种特殊的应力或强度。其实这些 都是片面的，硬度不像强度、伸长率，它不是一个物理或力学量。对硬度的认识至今还没有 完结，还不能给它一个科学的定义。 GB10623-89 金属力学性能试验术语中对硬度概括为：材料抵抗局部变形，特别是塑性 变形、压痕或划痕的能力，是衡量金属软硬的判据。 硬度试验以外的力学试验都是各自独立的，其试验原理各不相同，而硬度试验本身又有 各自独立的方法，其试验原理也各不相同。硬度不具备一种独立的物理含义，就性质而论， 硬度是弹性、塑性、塑性形变强化率、强度和韧性等一系列不同物理量的综合性能指标，它 不仅仅数值上在一定条件下与强度有某些对应的相关因数。 实际上硬度的应用相当广泛，其方法简单、操作方便。在应用中，我们不断深化它的认 识，积累了很多经验，这些经验又不断升华为理论。硬度只是表征材料变形能力的一个大致 特征量，它不仅仅取决于试样的成分和组织结构，也取决于测量方法和试验条件，具有相对 测量的性质。硬度值随硬度试验方法的不同，其物理意义也不同。常用的硬度试验方法有划 痕法、压入法和动力法。划痕法测得的硬度值，表示材料表面抵抗断裂的能力；压入法测得 的硬度值，表示材料表面抵抗塑性变形的能力；动力法测得的硬度值，表示材料变形功的大 小。因此硬度代表材料的强度和韧性等综合性能指标。 在实际操作中，对同一材料（同一热轧或锻压条件、同一热处理状态等），不同地点， 不同人员要想得到大致一样的结果，必须遵守同一的试验方法或检定规程的规定，必须对实 验条件进行严格的限制。硬度的测试方法多种多样，国家特制定各种试验方法标准供大家选 择和使用。现行有 GB231-84 金属布氏硬度试验方法、GB4340-84 金属维氏硬度试验方法、 GB5030-85 金属小负荷维氏硬度试验方法、GB/T4342-91 金属显微维氏硬度试验方法、 GB/T230-91 金属洛氏硬度试验方法、GB9790-88 金属覆盖层及其它有关覆盖层维氏和努氏 显微硬度试验方法、GB5934-86 轻工产品金属镀层的硬度测试方法、GB4341-84 金属肖氏硬 度试验方法、GB/T13313-91 轧辊肖氏硬度试验方法、GB9097.1-88 烧结金属材料（不包括 硬质合金）表观硬度的测定，第一部分，截面硬度基本均匀的材料、GB10425-89 烧结金属 磨擦材料表观硬度的测定、GB3849-83 硬质合金洛氏硬度（A 标尺）试验方法、GB7997-87
常将维氏硬度按试验力大小分为以下三种：
维氏 ：F≥49.03N
（HV5 以上）
小负荷维氏：1.961N≤F≤49.03N
（HV0.2 至 HV3 ）
显微维氏：F≤1.961N
（HV0.2 以下）
在实际使用中，特别是维氏硬度计的设计时，往往根据使用方便，试验力相互交叉，划
分并不十分严格。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
正因为硬度并不是一个单一的物理量，因而出现各种硬度试验方法和各自根据的试验原 理。各组成物理量在不同的试验方法中所起的作用不一样，所得的结果也将出现很大的差别。 在测试中应按不同材料的性质、不同的处理状态，具体的试样情况和试验条件，来选择一种 最适宜的试验方法，并注明什么硬度值。或者按照产品标准的具体要求，进行什么硬度的试 验。