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維氏硬度試驗(yàn)方法是英國史密斯(R.L.Smith)和塞德蘭德(C.E.Sandland)于1925年提出的。英國的維克斯—阿姆斯特朗(Vickers-Armstrong)公司試制了以此方法進(jìn)行試驗(yàn)的硬度計。因此該試驗(yàn)方法被稱為維氏(Vickers)硬度試驗(yàn)方法,進(jìn)行此種硬度試驗(yàn)的硬度計被稱為維氏硬度計。
維氏硬度試驗(yàn)的試驗(yàn)力向小的方向延伸,就出現(xiàn)了小負(fù)荷維氏和顯微維氏硬度試驗(yàn)。
通常將維氏硬度按試驗(yàn)力大小分為以下三種:
維氏 :F≥49.03N (HV5以上)
小負(fù)荷維氏:1.961N≤F≤49.03N (HV0.2至HV3)
顯微維氏:F≤1.961N (HV0.2以下)
在實(shí)際使用中,特別是維氏硬度計的設(shè)計時,往往根據(jù)使用方便,試驗(yàn)力相互交叉,劃分并不十分嚴(yán)格。以下非特別注明時,統(tǒng)稱為:維氏硬度試驗(yàn)。
維氏硬度試驗(yàn)基本原理
維氏硬度試驗(yàn)原理基本上和布氏硬度相同,所不同的是壓頭用金剛石正四棱錐壓頭。正四棱錐兩對面的夾角為136°,底面為正方形,如圖2.2-1所示。
圖2.2-1 維氏金剛石棱錐壓頭 圖2.2-2 維氏硬度試驗(yàn)基本原理
維氏硬度試驗(yàn)基本原理是將兩相對面夾角為136°(兩相對棱夾角為148°6’42’’)的金剛石正四棱錐壓頭,在一定的試驗(yàn)力作用下壓入試樣表面,保持一定的時間后,卸除試驗(yàn)力,測量壓痕對角線長度,如圖2.2-2所示,以試驗(yàn)力除以壓痕錐形表面積所得的商表示維氏硬度值。
則維氏硬度的計算公式為:
式中:
HV—— 維氏硬度值(kgf/ mm2)
F—— 試驗(yàn)力(kgf)
S—— 壓痕錐形表面積(mm2)
d—— 壓痕對角線平均長度(mm)
Θ—— 壓頭兩相對面夾角(136°)
當(dāng)試驗(yàn)力的單位為N時,維氏硬度值可由下面的公式得出:
維氏硬度值的表示
將HV作為維氏硬度值單位的表示符號。由于硬度值與試驗(yàn)條件相關(guān),因此在HV后要標(biāo)注主要的試驗(yàn)條件。HV前的數(shù)字表示硬度值,HV后第1個數(shù)字表示試驗(yàn)力(kgf),第2個數(shù)字表示不同于10~15s的保荷時間(10~15s是標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)力保荷時間)。例如:
440HV10表示:在10kgf試驗(yàn)力作用下保持10~15s測得的維氏硬度值為440。
440HV10/30表示:在10kgf試驗(yàn)力作用下保持30s測得的維氏硬度值為440。
維氏硬度試驗(yàn)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍
和布氏、洛氏硬度試驗(yàn)相比,維氏硬度試驗(yàn)測量范圍較寬,從較軟材料到超硬材料,幾乎涵蓋各種材料;
維氏硬度試驗(yàn)具有相似性,使得試驗(yàn)力的選取具有較大的靈活性;
由于壓痕輪廓較清晰,測量對角線長度時,具有較高的對線精確度,因而硬度的測量精確度較高;
顯微維氏硬度試驗(yàn)的試驗(yàn)力很小,因而可對特別細(xì)小的試件進(jìn)行硬度測定。
維氏硬度試驗(yàn)特別適應(yīng)于精密儀表中的薄件、小件以及鍍層、滲碳、滲氮層等的硬度測定。顯微維氏硬度試驗(yàn)因其試驗(yàn)力比較小,更能進(jìn)行材料金相組織及脆性材料的硬度測量。