9.2.3 维氏硬度试验

1.维氏硬度试验原理

维氏硬度试验的压头采用锥面夹角为136°的金刚石四棱锥体，根据单位凹陷面积上所受的试验力来计算硬度值。维氏硬度试验压头在压力F的作用下，压入试件表面，并在试样表面上留下一个四棱锥形的压痕，如图9-7所示。测量压痕正方形对角线平均长度d=（d₁+d₂）/2，据此计算锥形压痕表面积，从而求出单位面积所受平均压力，作为维氏硬度值，以符号HV表示。

图9-7 维氏硬度试验原理

HV=0.102F/A（凹）

=0.102F/[d²/（2sin68°）]

=0.1891F/d² （9-4）

式中 F——试验力（N）；

A（凹）——压痕凹陷面积（mm²）；

d——压痕对角线长度（mm）。

根据压痕对角线长度，查压痕对角线长度与维氏硬度值（HV10）对照表，即可得出HV值。

2.维氏硬度试验条件

维氏硬度试验包括小力值维氏硬度试验与显微硬度试验，维氏硬度符号与试验力如表9-16所示。

表9-16 维氏硬度符号与试验力

注：1.维氏硬度试验可使用大于980.7N的试验力。

2.显微维氏硬度试验的试验力为推荐值。

3.维氏硬度的修正

在直径为D的球面或柱面上测定维氏硬度时，需要对测定值按表9-17～表9-22进行修正。

表9-17 凸球面修正系数

表9-18 凹球面修正系数

表9-19 凸圆柱面修正系数（对角线与轴成45°）

表9-20 凹圆柱面修正系数（对角线与轴成45°）

表9-21 凸圆柱体修正系数（对角线平行于轴）

表9-22 凹圆柱体修正系数（对角线平行于轴）

4.维氏硬度的表示方法

表示维氏硬度的方法是：HV前面为硬度值，HV后面用数字表示试验力大小，再后面用数字表示试验力保持时间（10～15s不标注）。例如，640HV30表示在试验力为294.2N下保持10～15s测得的维氏硬度值为640。

5.维氏硬度试验操作

1）试样表面粗糙度值R_a≤0.20μm，两面应平行，制作时应防止因过热或冷作硬化而改变试样的硬度。

2）试件厚度应不小于压痕对角线长度的1.5倍。

3）显微硬度试样应按金相试样的要求制备。图9-8所示为显微维氏硬度检测时夹持工件的典型夹具。

4）试验力大小。确定合理试验力的原则是，根据零件厚度及材料的预期硬度，在试样厚度允许的情况下尽量选用较大的试验力，得到较大的压痕，以减小压痕对角线的测量误差，提高测量精度，并减小磨制试样时对表面硬化层的影响。试验力大小与试件厚度的关系如表9-23所示。

图9-8 显微维氏硬度检测时夹持工件的典型夹具

a）万能夹和水平钳 b）夹持和抛光钳 c）薄金属夹具 d）V形试验支架 e）特殊V形试验支架 f）转动钳

表9-23 试验力与试件厚度的关系

5）当试样硬度＞500HV时，应选用294.2N以下试验力，以保护金刚石压头。

6）维氏硬度的加载时间为2～8s。

7）试验力保持时间：对于钢铁试样为10～15s，对于非铁金属材料为30±2s。

8）施加试验力要均匀，防止冲击。

9）压痕中心之间或压痕中心与试样边缘的距离，对于钢铁材料应不小于压痕平均对角线长度的2.5倍，对非铁金属材料则应不小于5倍。