维氏硬度原理

硬度测量仪原理维氏硬度•简单介绍•英文词条名：Vickers-hardness表示材料硬度的一种标准。由英国科学家维克斯首先提出。以49.03~980.7N的负荷,将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入器压材料表面,保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。维氏硬度尚有小负荷维氏硬度，试验负荷1.961~49.03N，它适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定；显微维氏硬度，试验负荷1.961N，适用于金属箔、极薄表面层的硬度测定。维氏硬度•维氏硬度试验是压入硬度试验之一种，其测量值用HV表示。维氏硬度试验最初于20世纪20年代初被提出，比起其他硬度试验其优点有：硬度值与压头大小、负荷值无关；无需根据材料软硬变换压头；正方形的压痕轮廓边缘清晰，便于测量。维氏硬度被应用于所有金属，并是应用最广泛的硬度标准之一。只要被测材料质地均匀，维氏硬度试验可以用低负荷和小压痕得到可靠的硬度值，这样能减少材料破坏，或用于薄小的试验材料。这一点上维氏硬度要优于布氏硬度。另外，在硬度不高（硬度值400以下）的同一均匀材料上，维氏和布氏硬度试验得出的数值近似。维氏硬度•HV-适用于显微镜分析。维氏硬度(HV)以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用载荷值除以材料压痕凹坑的表面积，即为维氏硬度值(HV)。测量设备•硬度测量仪计算方法•计算公式为：•HV=0.102*（F/S）=0.102*[（2Fsin（α/2）/d*d）•F=负荷(牛顿)•S=压痕表面积(平方毫米)•α=压头相对面夹角=136°•d=平均压痕对角线长度(毫米)。•报告维氏硬度值的标准格式为xHVy。例如185HV5中，185是维氏硬度值，5指的是测量所用的负荷值（单位：千克力）。凹痕•测试结果测量范围•维氏硬度计测量范围宽广，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。硬度表示•HV前面的数值为硬度值，后面则为试验力，如果试验力保持时间不是通常的10-15秒，还需在试验力值后标注保持时间。•如：600HV30/20---采用30千克力的试验力，保持20秒，得到硬度值为600.样品要求•虽然维氏硬度既可以测量较软的材料，又可以测量较硬的材料，但它对试样同样有着自己的要求。只有选择合适的试样，才能避免由此带来的误差，得到准确的维氏硬度值。•维氏硬度测试样品的要求大致如下：•试样外表要求：•维氏硬度试样表面应光滑平整，不能有氧化皮及杂物，不能有油污。一般的，维氏硬度试样表面粗糙度参数Ra不少于0.40μm，小负荷维氏硬度试样不少于0.20μm，显微维氏硬度试样不少于0.10μm。（μm是表面粗糙度参数Ra的单位。）•试样制备的要求•维氏硬度试样制备过程中，应尽量减少过热或者冷作硬化等因素对表面硬度的影响。•此外，对于小截面或者外形不规则的试样，如球形、锥形，需要对试样进行镶嵌或者使用专用平台。维氏硬度•HV也就是维氏硬度，HRC是洛氏硬度，也可以表示硬度。比如：HV=289对应HRC=30。他们的区别主要在硬度实验时，压痕形状不一样。•Hvabbr.1.=highvoltage高电压2.=highvelocity高速度hv=HV洛氏硬度•硬度是材料抵抗外物刺入的一种能力。试验钢铁硬度的最普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦，由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低。这种方法称为锉试法，这种方法不太科学。用硬度试验器来试验极为准确，是现代试验硬度常用的方法。最常用的试验法有洛氏硬度试验。洛氏硬度试验机利用金刚石冲入金属的深度来测定金属的硬度，冲入深度愈大，硬度愈小。洛氏硬度（Rockwellhardness），这是由洛克威尔（S.P.Rockwell）在1921年提出来的，是使用洛氏硬度计所测定的金属材料的硬度值。该值没有单位，只用代号“HR”表示。洛氏硬度中HRA、HRB、HRC中的A、B、C为三种不同的标准。称为标尺A、标尺B、标尺C。HRA是采用60Kg载荷和120°金刚石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料。例如：硬质合金。HRB是采用100Kg载荷和直径1.59mm淬硬的钢球求得的硬度，用于硬度中等的材料。例如：退火钢、铸铁等。HRC是采用150Kg载荷和120°金刚石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料。例如：淬火钢等洛氏硬度•其测量方法是，在规定的外加载荷下，将钢球或金刚石压头垂直压入待试材料的表面，产生凹痕，根据载荷解除后的凹痕深度，利用洛氏硬度计算公式HR=（K-H）/C便可以计算出洛氏硬度。洛氏硬度值显示在硬度计的表盘上，可以直接读取。上述公式中，K为常数，金刚石压头时K=0.2MM，淬火钢球压头时K=0.26MM；H为主载荷解除后试件的压痕深度；C也为常数，一般情况下C=0.002MM。由此可以看出，压痕越浅，HR值越大，材料硬度越高。对于硬度较高的制刀材料，制刀界通用HRC来表示刀锋硬度，比如60HRC，即代表在试验载荷为1471.1N、使用顶角为120°的金刚石圆锥压头时，被试材料的压痕深度为0.08MM。一般而言，硬度越高，抗磨损能力越高，但脆性也越大。一般高速钢的硬度在62~66HRC，高性能高速钢63~70HRC，硬质合金刀具70~75HRC。HV的优势•HV测量•金刚石涂层是非常薄的表层，用HV可以测量，HRC和HRA则不适用。HRC和HRA的压头形状是120°圆锥，顶端为球面；而HV的压头则是4个球面相交的尖锐四棱锥。虽然两种硬度的测量方法都是以压头压入材料的深度来判断，压入越浅，则材料的硬度越大。但因为压头形状的缘故，HRC和HRA必须用较大的力量才能将压头压入材料（两种方法的预压力都是10㎏，总压力则各为60㎏和150㎏）。对于非常硬的材料，HRC和HRA由于压头前端的球面存在，压入深度太浅，无法得到准确分辨。对于表层和内部硬度有较大差异的材料压入深度大，也不适用。HV由于是尖锐棱锥，可以不限定压入力，可以根据材料表面硬化深度选用比较小的压入力。从而对极硬材料和薄表层也能够得到准确硬度值。