材料性能学实验一 显微硬度法测定材料硬度

实验一、显微硬度法测定材料硬度

一、实验目的

1. 了解显微硬度测试的意义。

2. 了解影响显微硬度的因素。

3. 学习显微硬度测试的原理与方法。

二、实验概述

一般硬度测试的基本原理是：在一定时间间隔里，施加一定比例的负荷，把一定形状的硬质压头压入所测材料表面，然后，测量压痕的深度或大小。习惯上把硬度试验分为两类：宏观硬度和显微硬度。宏观硬度是指采用1 Kgf(9.81 N)以上负荷进行的硬度试验。显微硬度是指采用1Kgf(9.81 N)或小于1 Kgf(9.81 N)负荷进行的硬度试验。

1. 维氏（Vickers）硬度试验法

(1)维氏压头：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8-1a）。

(2)维氏硬度：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：

()

)

/

(

8544

.1

2

sin

2

2

2

2

mm

Kgf

d

P

d

P

S

P

Hv=

=

=

α

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）;

α—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：H V=1854.4P/d2

式中：H V—维氏硬度（gf/mm2）

P－负荷（gf）

d—压痕对角线长度（μm）

2. 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。

(1)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。

(2)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。

(3)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。

(4)试验负荷

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。

(5)压痕的弹性回复

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。弹性回复是金属的一种性质，它与金属的种类有关，而与产生压痕的荷重无关。就是说不管荷重如何，压痕大小如何，弹性回复几乎是一个定值。因此，当荷重小时，压痕很小，而压痕因弹性回复而收缩的比例就比较大，根据回复后压痕尺寸求得的显微硬度值则比较高。这种现象的存在，使得不同荷重下测得的硬度值缺乏正确的比较标准，因此有必要建立显微硬度值的比较标准。

三、实验材料与设备

1．实验材料

碳钢、镁合金、镍合金、纯镍、高纯铝。

2．实验设备

显微硬度计。

四、实验内容

1．选择单相合金和多相合金试样各一个。

2．对上述试样表面进行整平、磨光和抛光处理。

3．对单相合金，测定晶粒内部和晶粒边界区域的显微硬度，比较两者的差别，并说明存在差别的原因。每一点测量三次，取其平均值作为该点之硬度值。4．对多相合金，测定各相的显微硬度值，比较它们的差别，说明存在（或不存在差别）的原因。

5．上述工作以小组为单位完成。

五、实验报告

1．实验目的。

2．实验过程及操作体会。

3．实验结果与分析。