金属维氏硬度测试及注意事项

金属维氏硬度测试方法

  对于维氏硬度测试，将压角为136°的方形基本角锥用作压头（开口角=角锥的两个相对表面之间的角度）。选择角度，以使维氏硬度值与布氏硬度值在一定程度上具有可比性（适用于大约400 HBW或400 HV）。将金刚石棱锥以增加的力压入材料表面，并在达到所需测试力时保持约10至15秒。与布氏硬度测试一样，测试力F与压痕表面A（金字塔形表面积）之比用作维氏方法的硬度值：

  HV=0,102⋅F/A

图：维氏硬度测试程序

  在维氏硬度测试中，将四面菱形棱锥压入要测试的材料中。留下的压痕表面是硬度值的度量！

  系数0.102再次来自不再使用的单位“千磅”（请参阅布氏硬度测试）。可以从留下的压痕的对角线确定压痕表面。有了这个对角线d（mm）和测试力F（以N为单位），然后按以下方式确定维氏硬度值HV：

维氏硬度 HV =0.1891⋅F/d2

  压痕对角线d由两个对角线d1和d2的平均值确定,彼此成直角：

  d = (d1 + d2)/2

图：要保持的间隔距离

金属维氏硬度测试结果的有效性

  为避免材料在样品另一侧鼓起的风险，厚度不得低于一定的规定值。规定厚度取决于材料的预期硬度和测试负荷。

图：样品的规定厚度与硬度和测试载荷的关系

  另外，距离a从压痕中心到样品边缘的距离至少应为压痕对角线d值的2.5倍，为了防止物料侧向流动：
  a≥2.5⋅d

  此外，钢和铜样品的两个相邻压痕之间的距离应至少相隔一个压痕对角线长度的三倍（铝样品为六倍）。这是为了消除凹痕周围的加工硬化现象的影响。

  Δa≥3⋅d

金属维氏硬度值的可比性

  与球相比（如布氏硬度测试中的球），金刚石压头即使在不同的测试负载下也始终在一定程度上提供相似的几何压痕。因此，对于相同的样品，双力也会导致双压痕表面。因此，尽管受力不同，但硬度值与压痕表面的比值始终是相同的*。但是，硬度值与测试负载的独立性不适用于低测试负载。在这种情况下，弹性变形占变形的较大比例。结果，剩余的棱锥压痕较小，因此假装较高的硬度值。
  *）布氏硬度测试不是这种情况。在那里，双力（较高的负载系数）将导致所用同一球的硬度值不同。
  因此，只有在相同的测试负荷下确定维氏硬度值时，才可以将它们相互比较。硬质材料是比软质材料需要更高的测试负载。根据材料的预期硬度，规定了不同的测试载荷范围。在三个载荷范围之间进行区分。
  一方面，所谓的宏观测试范围具有49.03 N（5 Kgf）至980.7 N（100 Kgf）的测试负载，在该范围内，硬度值实际上与测试负载无关（“硬度”）。
  另一方面，微测试范围介于1.961 N（0.2 Kgf）和29.42 N（3 Kgf）之间。这样的载荷范围用于薄薄的表面层和金属薄板以及成品零件，以免损坏组件（“硬”）。
  在特殊情况下，也使用0.098 N（0.01 Kgf）至1.961 N（0.2 Kgf）的纳米测试范围（“纳米硬度”）。在布氏过程中，所使用的棱锥*比球具有额外的优势，因为棱锥状的凹槽即使在较小的凹槽深度下也可以留下较锐利的边缘，因此可以更好地进行测量。因此，在较低的压入深度下，维氏测试的精度比布氏硬度测试高。
  与布氏硬度测试相反，维氏测试方法适用于所有硬度范围，即从非常软到非常硬的材料。另外，该方法还可以用于薄板或薄表面层，这使其成为通用的硬度测试方法。
  维氏硬度测试适用于很软到非常硬的材料，尤其是薄片！

金属维氏硬度值标注规范

  维氏硬度的标准规范包括硬度值，测试力和施加时间。后者可以省去10到15秒的标准时间。

图：符合标准的维氏硬度值规格

  布氏硬度和维氏硬度测试均使用留下的压痕表面作为硬度度量。压痕的几何形状由光学显微镜确定。这通常需要光滑的表面，以使压痕清晰可见。在测试之前可能需要对样品进行抛光。因此，这些过程通常不适合自动化生产。因此，生产现场需要用到洛氏硬度试验。

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