硬度计（HV）—— 维氏硬度计详解

一、基本概念

• HV：维氏硬度（Vickers Hardness）的符号，单位为 N/mm²（通常省略单位，直接标注数值，如 HV 200）。

• 测试原理：采用金刚石正四棱锥压头，在规定载荷（如 1kgf、10kgf、30kgf 等）下垂直压入试样表面，保持规定时间后卸载，通过测量压痕对角线长度计算硬度值。

• 计算公式：(HV = rac{2F sin(lpha/2)}{d^2} = rac{1.854F}{d^2})其中：

• F 为试验力（单位：N），

• d 为压痕对角线长度平均值（单位：mm），

• (lpha = 136°) 为压头锥角。

二、核心特点与优势

1. 载荷范围广：

• 可选择 1gf~50kgf 甚至更高载荷（如 100kgf），适用于从极薄镀层（如 10μm 以下）到较厚材料（如 10mm 以上）的硬度检测。

• 例：检测精密模具的表面硬化层（如渗碳、氮化层）时，可选用低载荷（1-5kgf）避免基体硬度干扰。

2. 高精度与一致性：

• 压痕为规则正方形，对角线测量误差小，尤其适合显微硬度分析（如金相组织中的不同相硬度测试）。

• 适用于 各向异性材料（如金属合金、复合材料），压痕方向对结果影响较小。

3. 应用场景广泛：

• 精密制造：模具（如塑胶模、冲压模的硬度均匀性检测）、五金件（钣金、冲压件的表面硬化层）、电子零部件（如手机外壳的铝合金硬度）。

• 科研检测：新材料研发（如纳米材料、新型合金）的硬度表征。

• 质量管控：ISO 9001/TS 16949 等体系中，用于验证材料热处理、表面处理工艺的有效性（如渗碳层硬度是否达标）。

• 材料类型：金属（钢、铝、铜等）、陶瓷、塑料、镀层（如电镀层、PVD 涂层）、热处理表面（淬火、回火件）等。

• 行业领域：

三、测试流程与注意事项

1. 试样制备：

• 表面粗糙度 (R_a leq 0.4μm)，需打磨抛光至无氧化皮、油污，避免影响压痕清晰度。

• 厚度需大于压痕深度的 10 倍（压痕深度 (h pprox d/7)），例如压痕对角线 (d=0.2mm) 时，试样厚度应 ≥ 0.28mm。

2. 载荷选择原则：

• 软金属（如纯铝）：低载荷（1-5kgf）；

• 淬火钢（高硬度）：高载荷（30-50kgf）；

• 镀层 / 薄膜：显微维氏硬度（载荷 ≤ 1kgf，如 0.1kgf、0.3kgf）。

• 根据材料硬度与厚度选择，例如：

3. 操作步骤： ① 校准硬度计（使用标准硬度块）； ② 固定试样，调整压头位置； ③ 施加试验力并保持时间（通常 10-15 秒，对塑性材料延长至 30 秒）； ④ 测量压痕对角线（需测两条并取平均值）； ⑤ 计算或查表得到 HV 值。

4. 影响因素：

• 试样倾斜或不平整会导致压痕变形；

• 载荷施加速度过快可能引入冲击误差；

• 金刚石压头磨损需定期校验（建议每 2000 次测试后检查）。