维氏硬度试验及其主要影响因素分析
第２６卷第５期
２００８年９月
物理测试
ＰｈｙｓｉｃｓＥｘａｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄＴｅｓｔｉｎｇ
Ｖ０１．２６，Ｎｏ．５
Ｓｅｐ．２００８
维氏硬度试验及其主要影响因素分析
蔡丽清
（连云港市产品质量监督检验所，江苏连云港２２２００６）
摘要：维氏硬度试验是静态硬度试验中最精确的一种试验方法，但在实际操作中易受到多种因素的影响。文章对维氏硬度试验的主要影响因素进行了分析，研究这些因素对维氏硬度值的影响变化。以此说明检验人员在试验操作中要严格按照标准规定的方法执行，降低测量误差。关键词：维氏硬度试验；原理；影响因素；测量误差
中图分类号：ＴＧｌｌ３．２５
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１—０７７７（２００８）０５—００２１—０３
ＶｉｃｋｅｒｓＨａｒｄｎｅｓｓＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆ
ＭａｉｎＥｆｆｅｃｔｉｖｅＦａｃｔｏｒｓ
ＣＡＩＬｉ—ｑｉｎｇ
（Ｐｒｏｄｕｃｔ
ＱｕａｌｉｔｙＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＬｉａｎｇｙｕｎｇａｎｇＣｉｔｙ，Ｌｉａｎｇｙｕｎｇａｎｇ２２２００６，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）
ｍｏｓｔ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｖｉｃｋｅｒｓｈａｒｄｎｅｓｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｓｔｈｅｃｅｐｔｉｂｌｅ
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ｓｔａｔｅｏｕｔ
ｈａｒｄｎｅｓｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｂｕｔｉｓｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓ
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ｖａｒｉｏｕｓｆａｃｔｏｒｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅａｃｔｕａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｈａｓｃａｒｒｉｅｄ
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Ｖｉｃｋｅｒｓｈａｒｄｎｅｓｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ａｎｄｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｓｅｆａｃｔｏｒｓ
ｖｉｃｋｅｒｓｈａｒｄｎｅｓｓｖａｌｕｅ．Ｉｔｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔ
ｅｒ—
ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｅｒｓｏｎｎｅｌｍｕｓｔｆｏｌｌｏｗｓｔｒｉｃｔｌｙｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｉｎｔｅｓｔｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｉｎｏｒｄｅｒｔＯｒｅｄｕｃｅｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｒｏｒ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｉｃｋｅｒｓｈａｒｄｎｅｓｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒ；ｍｅａｓｕｒｉｎｇ
ｅｒｒｏｒ
国家标准规定了６种试验方法：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、努氏硬度、肖氏硬度和里氏硬度。维氏硬度属于静态力硬度试验方法，它的测量范围较宽，特别适用于细小、极薄的材料，以及氮化、渗碳等表面处理的试件和各种镀层试样的表面硬度测定。在静态硬度测定中，维氏硬度方法是最精确的一种。但由于在实际操作中，维氏硬度试验易受到多种因素的影响，使试验结果产生偏差。因此应在试验操作过程中注意其影响因素，尽可能减少误差，以获得准确、可靠的试验结果。１
Ｆｉｇ．１
Ｔｅｓｔｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
面
维氏硬度试验
维氏硬度试验是用一个相对面夹角为１３６。的
压痕表面积Ｓ与压痕对角线长度ｄ关系如下：
Ｓ：∥／（２ｓｉｎ下１３６。）＿
故：Ｈｖ；。．。，。２；：—Ｏ．—１—０２—Ｘ—２—）万＜Ｆ广Ｘ——ｓｉｎ——１３Ｌ６－－－－：。：
０．１８９１Ｆ／ｄ２
正四棱锥体金钢石以规定的试验力Ｆ压入试样表面，经保持规定时间后，卸除试验力，测出压痕表面积，维氏硬度值是试验力Ｆ与压痕表面积Ｓ之比，即ＨＶ＝Ｆ／ｓ，其试验原理如图１所示。
维氏硬度压痕的基面一般不是正方形。因此，硬度的计算基于两对角线的平均值，见图２。
。ｄ１＋ｄｚ
口～——ｒ一
作者简介：蔡丽清（１９７５一）．女，工程师；
Ｅ－ｍａｌｌ：ｃｌｑ３６７７＠ｓｉｎａ．ＣｏＩＴＩ；
修订日期：２００８—０２—２９
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物理测试
第２６卷
图２压缩示意图
Ｆｉｇ．２
Ｓｃｈｅｍｅｏｆｉｍｐｒｅｓｓ
维氏硬度用符号ＨＶ表示，ＨＶ前面为硬度值，ＨＶ后用数据表示试验条件，如６４０
ＨＶ
３０／２０，表
示用２９４．２Ｎ的试验力保持２０Ｓ测定的维氏硬度
值为６４０。
当维氏硬度的载荷小于４９．０３Ｎ时，可以用来测定金属显微组织中一个极小范围内的硬度，把这种硬度称为显微硬度。它的试验原理与维氏硬度相同，因此，在新标准中将其纳入维氏硬度，但显微硬Ｎ范围内。
与布氏、洛氏硬度相比较，由于维氏硬度试验的宽，可以测量目前所使用的绝大部分金属材料的硬长度方法计算的硬度值不但精确度高而且重复性维氏硬度计主要由负荷机构、变荷机构、转换维氏硬度试验的影响因素
维氏硬度的综合误差可用下式表示：
面ＡＨＶ：一筚一０．２×Ａ０一掣雨３一Ｆ一・ｚｘ一丁
（１）‘１’
当负荷精度为±０．５％时，由公式（１）可知，所
能力小，因而硬度值随负荷的增加而下降。对于非匀质材料，负荷大小对维氏硬度值的影响更为明显。２．２加荷速度对维氏硬度值的影响
加荷速度大小对同一试样的影响不同，对不同硬度的试样影响也不同。取维氏硬度值为９００
ＨＶ
３０和５００ＨＶ３０的两个试样，在相同环境条件下分
别以不同的加荷速度进行试验，测得数据见表１。
由表１结果可知，对于同一硬度试样，随着加荷速度增大，硬度值降低。对于不同硬度试样，加荷速度对高硬度试样的影响大，对低硬度试样影响小，这
是因为加荷速度过快，产生了附加惯性力，使结果偏低，尤其对高硬度材料影响较大。同时，加荷速度过快，又会使试验力作用时间短，试样来不及充分变
形，又有使硬度值增高的倾向，这种影响对塑性较好的金属比较明显。
表１加荷速度对维氏硬度值测量误差
Ｔａｂｌｅ１
Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ
ｅｒｒｏｒ
ｏｆＶｉｃｋｅｒｓｈａｒｄｎｅｓｓａｔ
ｄｅｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｓｐｅｅｄ
在显微硬度试验中，加荷速度对硬度值的影响较大。取同一硬度范围的试样进行试验，试验结果见表２。
表２加荷速度对显微硬度值的影响
Ｔａｂｌｅ２
ＭｅａｓｕＨｎｇ
ｅｒｒｏｒ
ｏｆｍｉｅｒｏｈａｒｄｎｅｓｓａｔ
ｄｅｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｓｐｅｅｄ
由表２数据可看出，对同一硬度范围，负荷越小，加荷速度对结果的影响数越大。特别是杠杆型显微硬度计，由于杠杆惯性而增加惯性负荷，这样对负荷有不可忽视的影响。因此，采用自动加荷的显散度比手动加荷要小得多。
为了验证试验力保持时间对维氏硬度值的影
度试验所用的载荷很小，一般在１．９６１－－一４９．０３压痕是具有清晰轮廓的正方形，对角线的测量精确度高，它又有一个统一的标尺，因此它的测量范围较度。当试样的材质是均匀的结构时，用测量对角线好。
头、加卸荷机构及光学计量装置组成。２
式中，口为弧度。２．１试验力的影响
微硬度计，特别是附有缓冲装置的自动加荷，硬度分２．３试验力保持时间对维氏硬度值的影响
引起的硬度值误差为±０．５％。对于匀质材料，根据相似原理的理论，负荷大小对维氏硬度没有影响。然而对于象软钢及黄铜等许多软金属，由于在较大负荷作用下，塑性影响区较大，材料抵抗压头压力的
第５期蔡丽清：维氏硬度试验及其主要影响因素分析
４
２３
响，取４个已知硬度的试块，以２
ｓ、３０ｓ、６０ｓ、９０
Ｓ
使压痕减小，造成硬度值增高。反之，保持时间长，硬度值偏低。
另外，试验力保持时间对低硬度影响较大，对高硬度影响小。在显微硬度试验中，负荷保持时间的影响远不如计量误差对硬度值的影响大。因此在显微硬度试验时，负荷保持时间对黑色金属以５～１５Ｓ为宜。２．４试验温度对维氏硬度的影响
试验温度变化对维氏硬度值有较大的影响。一
个不同保持时间进行试验，测得维氏硬度值见表３。
襄３试验力保持时间对硬度值的测量误差
Ｔａｂｌｅ３
Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ
ｅｒｒｏｒ
ｏｆｈａｒｄｎｅｓｓ
ａｔ
ｄｅｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｔｉｍｅ
从表３中可以看出，试验力保持时间短会使硬度值偏高，这是由于保持时间短，试样未充分变形，
般来说，温度升高测得的硬度值偏低，反之偏高。各种温度下的修正系数见表４。
表４各种温度下的修正系数
Ｔａｂｌｅ４
Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ
ａｔ
ｄｅｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
例如：当温度为０℃时，测得某试样硬度值为
２００
ＨＶ，将该值修正到２０℃时的硬度值，应为ＨＶ２．７试件表面状况的影响
试件表面粗糙度、曲率、厚度等都会给硬度值带来测量误差，影响试验结果。试样的表面一般为光滑的平面，不应有氧化皮及外来污物，试验面粗糙度Ｒ。一般应不大于０．２／．ｔｍ。如果必须在曲面试样上进行硬度试验时，测得的硬度值必须给予修正。试样或表面层的最小厚度至少应为压痕对角线平均长度的１．５倍。试验后，试样背面不应出现可见变形痕迹，否则试验无效。３
（２００—２００Ｘ１．０５）一１９７．９ＨＶ
２．５金钢石压头两相对面间的夹角的影响
维氏金钢石压头两相对面间的夹角比名义值大１０时，由公式（１）式得其所引起的硬度值的误差为一０．３４％。
２．６
金钢石压头压头横刃的影响
取８００ＨＶ和５００ＨＶ的两个试块，用同一负
荷和不同横刃长度的压头对两个试块分别进行相同的试验，由测得试验数据（表５）可知，维氏硬度值随着横刃的增大而下降低。当负荷≥５０Ｎ的维氏硬度，压头横刃在２ｐｍ以下，其影响可忽略不计。
表５金钢石压头横刃对硬度值的影响
Ｔａｂｌｅ５
Ｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉａｍｏｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｈｅａｄ
Ｏｉｌ
结语
硬度试验是研究材料机械性能、选定加工工
艺和保证产品质量的重要手段，广泛应用于工业生产、科学研究和冶金产品质量检验。因此，试验操作人员因应透彻理解相关标准，严格按照标准规定的方法执行，同时注意积累实际操作经验，将测量误差降至最低，确保检测数据的准确性、有效性和可比性。
％
ｈａｒｄｎｅｓｓ