關(guān)鍵詞：維氏硬度試驗；原理；影響因素；測量誤差

中圖分類號：TGl 13．2 文獻標識碼：B 文章編號： 1003—0514(2008)02—0024一03

0 概 要

“硬度"所表示的不是一個確定的物理量。它所表示的量，不僅取決于被測材料，如材料的結(jié)晶狀態(tài)、分子結(jié)構(gòu)、原子間的鍵結(jié)合力、彈性模數(shù)、強度極限等，而且取決于計量條件和計量方法。一般認為，硬度是材料抵抗另一較硬物體壓人的能力，也可以說是材料抵抗彈性變形、塑性變形的能力。硬度試驗方法基本上可認為是屬于材料無損檢驗，是一種最經(jīng)濟、最迅速的機械性能試驗方法。通過硬度可以反映出金屬材料在不同化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)及熱處理工藝條件下性能的差別。根據(jù)硬度值，可換算出抗拉強度，這對于以強度為主要驗收依據(jù)的零件，有很大現(xiàn)實意義。同時借助硬度測定，可對材料的抗磨性、可切削性、耐疲勞性等做出間接的估計。因而，硬度試驗已成為檢驗產(chǎn)品質(zhì)量必不可少的手段，也是設(shè)計圖上的技術(shù)參數(shù)之一。

國家標準規(guī)定了6種試驗方法：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、努氏硬度、肖氏硬度和里氏硬度。維氏硬度屬于靜態(tài)力硬度試驗方法，它的測量范圍較寬，特別適用于細小、極薄的材料，以及氮化、滲碳等表面處理的試件和各種鍍層試樣的表面硬度測定。在靜態(tài)硬度測定中，維氏硬度方法是最精確的一種。但由于在實際操作中，維氏硬度試驗易受到多種因素的影響，使試驗結(jié)果產(chǎn)生偏差。因此，應(yīng)在試驗操作過程中注意其影響因素，盡可能減少誤差，以獲得準確、可靠的試驗結(jié)果。

1 維氏硬度試驗

維氏硬度試驗是用一個相對面夾角為1 36°的正四棱錐體金剛石以規(guī)定的試驗力F壓人試樣表面，經(jīng)保持規(guī)定時間后，卸除試驗力，測出壓痕表面積，維氏硬度值是試驗力F與壓痕表面積S之比，即HV=F／S，其試驗原理如圖1所示。

式中θ——弧度。

2．1 試驗力的影響

當負荷精度為±0．5％時，由公式(1)可知：所引起的硬度值誤差為±0．5％。

對于勻質(zhì)材料，根據(jù)相似原理的理論，負荷大小對維氏硬度沒有影響。然而，對于象軟鋼及黃銅等許多軟金屬，由于在較大負荷作用下，塑性影響區(qū)較大，材料抵抗壓頭壓力的能力小，因而，硬度值隨負荷的增加而下降。對于非勻質(zhì)材料，負荷大小對維氏硬度值的影響更為明顯。

2．2加荷速度對維氏硬度值的影響

加荷速度大小對同一試樣的影響不同，對不同硬度的試樣影響也不同。取維氏硬度值為900HV30和500HV30的兩個試樣，在相同環(huán)境條件下分別以不同的加荷速度進行試驗，測得數(shù)據(jù)見表1。

由表1結(jié)果可知：對于同一硬度試樣，隨著加荷速度增大，硬度值降低。對于不同硬度試樣來說，加荷速度對高硬度試樣的影響大，對低硬度試樣影響小，這是因為加荷速度過快，產(chǎn)生了附加慣性力，使結(jié)果偏低，尤其對高硬度材料影響較大。同時，加荷速度過快，又會使試驗力作用時間短，試樣來不及充分變形，又有使硬度值增高的傾向，這種影響對塑性較好的金屬比較明顯。

在顯微硬度試驗中，加荷速度對硬度值的影響較大。取同一硬度范圍的試樣進行試驗，試驗結(jié)果如表2 。

由表2數(shù)據(jù)可看出，對同一硬度范圍，負荷越小，加荷速度對結(jié)果的影響數(shù)越大。特別是杠桿型顯微硬度計，由于杠桿慣性而增加慣陛負荷，這樣對負荷有不可忽視的影響。因此，采用自動加荷的顯微硬度計，特別是附有緩沖裝置的自動加荷，硬度分散度比手動加荷要小得多。

2．3試驗力保持時間對維氏硬度值的影響

為了驗證試驗力保持時間對維氏硬度值的影響，取4個已知硬度的試塊，以2、30、60、90 s四個不同保持時間進行試驗，測得維氏硬度值見表3。

從表3中可以看出，試驗力保持時間短會使硬度值偏高，這是由于保持時間短，試樣未充分變形，使壓痕減小，造成硬度值增高。反之，保持時間長，硬度值偏低。

另外，試驗力保持時間對低硬度影響較大，對高硬度影響小。在顯微硬度試驗中，負荷保持時間的影響遠不如計量誤差對硬度值的影響大。因此在顯微硬度試驗時，負荷保持時間對黑色金屬以5～1 5s為宜。

2．4試驗溫度對維氏硬度的影響

試驗溫度變化對維氏硬度值有較大的影響。一般來說，溫度升高測得的硬度值偏低，反之偏高。各種溫度下的修正系數(shù)見表4。

例如：當溫度為0℃時，測得某試樣硬度值為200HV，將該值修正到20℃時的硬度值，應(yīng)為HV(200-200×1．05)=1 97．9HV

2．5金剛石壓頭兩相對面間的夾角的影響

維氏金剛石壓頭兩相對面間的夾角比名義值大1°時，由公式(1)式可得：其所引起的硬度值的誤差為－0．34％。

2．6金剛石壓頭壓頭橫刃的影響

取800tHV和500tHV的兩個試塊，用同一負荷和不同橫刃長度的壓頭對兩個試塊分別進行相同的試驗，由測得試驗數(shù)據(jù)(見表5)知：維氏硬度值隨著橫刃的增大而下降低。當負荷大于或等于50N的維氏硬度，壓頭橫刃在2 μ m以下，其影響可忽略不計。

2．7 試件表面狀況的影響

試件表面粗糙度、曲率、厚度等都會給硬度值帶來測量誤差，影響試驗結(jié)果。

試樣的表面一般為光滑的平面，不應(yīng)有氧化皮及外來污物，試驗面粗糙度R_m一般應(yīng)不大于0．2 μ m。如果必須在曲面試樣上進行硬度試驗時，測得的硬度值必須給予修正。試樣或表面層的最小厚度至少應(yīng)為壓痕對角線平均長度的1．5倍。試驗后，試樣背面不應(yīng)出現(xiàn)可見變形痕跡，否則試驗無效。

4 結(jié)束語

硬度試驗是研究材料機械性能、選定加工工藝和保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和冶金產(chǎn)品質(zhì)量檢驗。因此，試驗操作人員因應(yīng)透徹理解相關(guān)標準，嚴格按照標準規(guī)定的方法執(zhí)行，同時注意積累實際操作經(jīng)驗，將測量誤差降至最低，確保檢測數(shù)據(jù)的準確性、有效性、可比性。