材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度。硬度有不同的標準表示。維氏硬度便是其中一種，維氏硬度是英國史密斯（Robert L. Smith）和塞德蘭德（George E. Sandland）于1921年在維克斯公司（Vickers Ltd）提出的。維氏硬度屬于壓入硬度，是用來表示金屬材料硬度的主要方式，也可以輔助確認金屬材料的金相、牌號等。本文主要是介紹標準GB/T 4340.1-2009 《金屬材料 維氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》 ，解析其試驗方法。

 

關鍵詞

硬度、維氏硬度、顯微維氏硬度、試驗方法

 

1.維氏硬度和試驗原理

將頂部兩相對面具有規定角度α（136°）的正四棱錐體金剛石壓頭用一定的試驗力壓入試樣表面，保持規定時間（10s~15s）后，卸除試驗力后，在試樣表面壓出具有正方形基面并與壓頭角度相同的壓痕，測量試樣表面壓痕對角線長度（見圖1）d1、d2，進而計算出壓痕表面積，最后求出壓痕表面積上的平均壓力再除以重力加速度g，即為試樣的維氏硬度值，用符號HV表示。

 

 

維氏硬度的計算公式：

 

維氏硬度的表示：

 

2.維氏硬度的分類

在標準GB/T 4340.1-2009《金屬材料 維氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》 1中按三個試驗力范圍規定了金屬維氏硬度的方法，見下表：

從表1可以看出金屬維氏硬度試驗力最小值為0.09807N，如果試樣要求的力值小于0.09807N，則應考慮其他的硬度試驗方法，比如納米壓痕。

 

3.維氏硬度試驗對試樣的要求

（1）試樣表面應平坦光滑，試驗面上應無氧化皮及外來污物，不應有油污，除非特殊要求。試樣表面的質量應保證壓痕對角線長度的測量精度，建議試樣表面進行拋光處理。

（2）制備試樣時應使由于過熱或冷加工等因素對試樣表面硬度的影響減至最小。

（3）試樣或試驗層厚度至少應為壓痕對角線長度的1.5倍，試驗后試樣背面不應出現可見變形壓痕。

（4）對于小截面或外形不規則的試樣，可將試樣鑲嵌或使用專用試臺進行試驗。

維氏硬度計試臺應清潔無其他污物，保證試樣試驗面處于水平面。試樣應穩固地放

置鋼性試臺上以保證試驗過程中試樣不產生位移。垂直于試驗面施加試驗力，加力過程中不應有任何的沖擊和振動，直至試驗力從加載到試驗力卸載完成。

任一壓痕中心到試樣邊緣距離，對于鋼、銅及銅合金至少應為壓痕對角線長的2.5倍；對于輕金屬、鉛、錫及其合金至少應為壓痕對角線長度的3倍。兩相鄰壓痕中心之間的距離，對于鋼、銅及銅合金至少應為壓痕對角線長的3倍；對于輕金屬、鉛、錫及其合金至少應為壓痕對角線長度的6倍。如果相鄰壓痕大小不同，應以較大壓痕確定壓痕距離。放大系統應能將對角線放大到視場的25%~75%。

標準GB/T 4340.1-2009《金屬材料 維氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》 1中說“本部分規定維氏硬度壓痕對角線的長度范圍為0.020mm~1.400mm。”、“當壓痕對角線小于0.020mm時，必須考慮不確定度的增加。”即試驗壓出來的壓痕對角線的長度小于0.020mm時；一是增大試驗力值讓壓痕對角線的長度大于0.020mm；二是試驗力值不能增大，必須考慮增加不確定度，如果不能增加不確定度又不能確認不確定度時，該維氏硬度試驗方法做維氏硬度是不適用的或者說該試驗是失敗的。

根據標準GB/T 4340.1-2009《金屬材料 維氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》 7.6中說 “在平面上壓痕兩對角線長度只差，應不超對角線長度平均值的5%；如果超過5%；則應在試驗報告中注明。”可以認為，假如試樣沒有經過軋制、鍛造等有加工取向的工藝的均勻材質金屬材料時，壓痕對角線長度只差一般是不會超過對角線長度平均值的5%；假如超過，可以考慮舍棄這個壓痕重新進行一次試驗。

標準GB/T 4340.1-2009《金屬材料 維氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》1中注2說“通常試驗力越小，測試結果的分散性越大，對于小力值維氏硬度和顯微維氏硬度尤為明顯。該分散性主要是由壓痕對角線長度的測量而引起的。對于顯微維氏硬度來說，對角線的測量不太可能優于±0.001mm。”；本文用型號為401MVD的數顯顯微維氏硬度計，實際測試兩對角線都±0.001情況下的顯微維氏硬度值，見下表：

 

5.在曲面試樣上做維氏硬度試驗

根據標準GB/T 4340.1-2009《金屬材料 維氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》6.5“對于在曲面試樣上試驗的結果，應用附錄B表B.1~B.6進行修正。”可以知道在一定條件下還是可以用維氏硬度來表示金屬材料的曲面硬度。

結合標準GB/T 4340.1-2009《金屬材料 維氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》 1中說“本部分規定維氏硬度壓痕對角線的長度范圍為0.020mm~1.400mm。”和該標準附錄B。假設取壓痕對角線的長度的最小值0.020mm和表B.1中d/D最大值時，可以計算出此時的凸球面的直徑D為0.097mm。既根據標準GB/T 4340.1-2009《金屬材料 維氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》能做維氏硬度的凸球面的直徑D最小理論值為0.097mm。同理取表B.2中d/D最大值時，計算出能做維氏硬度的凹球面的直徑D最小理論值為0.213mm；取表B.3、B.5中d/D最大值時，計算出能做維氏硬度的凸圓柱面的直徑D最小理論值為0.082mm；取表B.4、B.6中d/D最大值時，計算出能做維氏硬度的凹圓柱面的直徑D最小理論值為0.090mm。

假設取壓痕對角線的長度的最小值0.020mm和表B.1中d/D最小值時，可以計算出此時的凸球面的直徑D為5.000mm。既根據標準GB/T 4340.1-2009《金屬材料 維氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》當凸球面的直徑D大于5.000mm時，試驗的結果是不需要進行修正的。同理可知當凹球面的直徑D大于5.000mm、凸圓柱面的直徑D大于2.222mm、凹圓柱面的直徑D大于2.500mm時，試驗的結果是不需要進行修正的。

 

GB/T 4340.1-2009《金屬材料 維氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》