维氏硬度计的基本原理和特点

维氏硬度计的基本原理和特点

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—阿姆斯特朗（Vickers-Armstrong）公司试制了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。 
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。以下非特别注明时，统称为：维氏硬度试验

维氏硬度试验基本原理

维氏硬度试验原理基本上和布氏硬度相同，所不同的是压头用金刚石正四棱锥压头。正四棱锥两对面的夹角为136°，底面为正方形，如图2.2-1所示。 
维氏硬度试验基本原理是将两相对面夹角为136°（两相对棱夹角为148°6’42’’）的金刚石正四棱锥压头，在一定的试验力作用下压入试样表面，保持一定的时间后，卸除试验力，测量压痕对角线长度，如图2.2-2所示，以试验力除以压痕锥形表面积所得的商表示维氏硬度值。 

 
图2.2-1 维氏金刚石棱锥压头-图2.2-2 维氏硬度试验基本原理图 
则维氏硬度的计算公式为： 

 
式中： 
HV—— 维氏硬度值（kgf/ mm2） 
F—— 试验力（kgf） 
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°） 
当试验力的单位为N时，维氏硬度值可由下面的公式得出： 

 维氏硬度值的表示

将HV作为维氏硬度值单位的表示符号。由于硬度值与试验条件相关，因此在HV后要标注主要的试验条件。HV前的数字表示硬度值，HV后第1个数字表示试验力（kgf），第2个数字表示不同于10~15s的保荷时间（10~15s是标准试验力保荷时间）。例如： 
440HV10表示：在10kgf试验力作用下保持10~15s测得的维氏硬度值为440。 
440HV10/30表示：在10kgf试验力作用下保持30s测得的维氏硬度值为440。

维氏硬度试验的特点和应用范围

1. 和布氏、洛氏硬度试验相比，维氏硬度试验测量范围较宽，从较软材料到超硬材料，几乎涵盖各种材料；
2. 维氏硬度试验具有相似性，使得试验力的选取具有较大的灵活性；
3. 由于压痕轮廓较清晰，测量对角线长度时，具有较高的对线精度，因而硬度的测量精度较高；
4. 显微维氏硬度试验的试验力很小，因而可对特别细小的试件进行硬度测定。

维氏硬度试验特别适应于精密仪表中的薄件、小件以及镀层、渗碳、渗氮层等的硬度测定。显微维氏硬度试验因其试验力比较小，更能进行材料金相组织及脆性材料的硬度测量。