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显微硬度的测定方法与设备
—・显微硬度的基本概念
“硬度”是指固体材料受到其它物体的力的作用,在其受侵入时所呈现的抵抗弹性变形、塑性变形及破裂的综合能力。这种说法较接近于硬度试验法的本质,适用于机械式的硬度试验法,但仍不适用于电磁或超声显微硬度的测定方法与设备
—・显微硬度的基本概念
“硬度”是指固体材料受到其它物体的力的作用,在其受侵入时所呈现的抵抗弹性变形、塑性变形及破裂的综合能力。这种说法较接近于硬度试验法的本质,适用于机械式的硬度试验法,但仍不适用于电磁或超声波硬度试验法。“硬度”这一术语,并不代表固体材料的一个确定的物理量,而是材料一种重要的机械性能,它不仅取决于所研究的材料本身的性质,而且也决定于测量条件和试验法。因此,各种硬度值之间并不存在着数学上的换算关系,只存在着实验后所得到的对照关系。
“显微硬度”是相对“宏观硬度”而言的一种人为的划分。目前这一概念参照国际标准ISO6507/1-82“金属材料维氏硬度试验”中规定“()维氏显微硬度试验”及我国国家标准GB4342-84“金属显微维氏硬度试验方法”中规定“显微维氏硬度”负荷范围为“〜(-3〜)”而确定的。()的静力压入被试验样品的试验称为显微硬度试验。
以实施显微硬度试验为主,〜1kgf(-3〜)范围内的硬度计称为显微硬度计。
显微硬度的测试原理是采用一定锥体形状的金刚石压头,施以几克到几百克质量所产生的重力(压力)压入试验材料表面,然后测量其压痕的两对角线长度。由于压痕尺度极小,必须在显微镜中测量。
二■显微硬度试验方法
显微硬度测试采用压入法,压头是一个极小的金刚石锥体,按几何形状分为两种类型,一种是锥面夹角为136的正方锥体压头,又称维氏(Vickers)压头,另一种是棱面锥体压头,又称努普(knoop)压头。这两种压头分别示于图8-1a和图8-1b中。
图8-1a维氏压头
图8-1b努氏压头
(Vickers)硬度试验法

二相对棱面间的夹角为136。金刚石正方四棱角锥体,即为维氏压头(图8-la)。

维氏压头在一定的负荷作用下,垂直压入被测样品的表面产生凹痕,其每单位面积所承受力的大小即为维氏硬度。
维氏硬度计算公式:
Hv=—=
2Psin
C)
d2

d2
(Kgf/mm2)
式中:Hv—维氏硬度(kgf/mm2);
P—负荷(kgf);
S—压痕面积(mm2);
d—压痕对角线长度(mm2);
a—压头二相对棱面的夹角(136°)
在显微硬度试验中,此公式表示为:
HV=
式中:HV—维氏硬度(gf/mm2)P—负荷(gf)d—压痕对角线长度(gm)要求比维氏硬度试验要高。
显微硬度测试要点
显微硬度测量的准确程度与金相样品的表面质量有关,需经过磨光、抛光、浸蚀,以显示欲评定的组织。
试样的表面状态
被评定试样的表面状态直接影响测试结果的可靠性。用机械方法制备的金相磨面,由于抛光时表层微量的范性变形,引起加工硬化,或者磨面表层由于形成氧化膜,因此所测得的显微硬度值较电解抛光磨面测得的显微硬度值高。试样最好采用电解抛光,经适度浸蚀后立即测定显微硬度。
选择正确的加载部位
压痕过分与晶界接近,或者延至晶界以外,那么测量结果会受到晶界或相邻第二相影响;如被测晶粒薄,压痕陷入下部晶粒,也将产生同样的影响。为了获得正确的显微硬度值,规定压痕位置距晶界至少一个压痕对角线长度,晶粒厚度至少
10倍于压痕深度。为此,在选择测量对象时应取较大截面的晶粒,因为较小截面的晶粒其厚度有可能是较薄。
测量压痕尺度时压痕象的调焦
在光学显微镜下所测得压痕对角线值与成像条件有关。孔径光栏减小,基体与压痕的衬度提高,压痕边缘渐趋清晰。一般认为:最佳的孔径光栏位置是使压痕的四个角变成黑暗,而四个棱边清晰。对同一组测量数据,为获得一致的成像条件,应使孔径光栏保持相同数值。
为保证测量的准确度,试验负荷在原则上应尽可能大,且压痕大小必须与晶粒大小成一定比例。特别在测定软基体上硬质点的硬度时,被测质点截面直径必须四倍于压痕对角线长,否则硬质点可能被压通,使基体性能影响测量数据。此外在测定脆性质点时,高负荷可能出现“压碎”现象。角上有裂纹的压痕表明负荷已超出材料的断裂强度,因而获得的硬度值是错误的,这时需调整负荷重新测量。

对金刚石压头施一定负荷的力压入材料表面,表面将留下一个压痕,当负荷去除后,压痕将因金属的弹性回复而稍微缩小。弹性回复是金属