维氏硬度
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维氏硬度
GB/T 4340-2009 金属材料 维氏硬 度试验
维氏硬度试验的有关标准
GB/T 4340-2009 金属材料 维氏硬度试验 第1 部分：试验方法2010-04-01起实施；修改采用 国际标准 ISO 6507:2005 金属材料维氏硬度 试验 第 1 部分：试验方法；第 2 部分：硬度 计的检验与校准；第3部分：标准硬度块的标 定；第4部分：硬度值表。
方法特点
• (1) 努氏硬度具有维氏硬度的优点。宏观硬度 测试时, 其压痕具有“几何相似”的规律性, 即 努氏硬度值不随测试载荷的变化而变化。 • (2) 努氏硬度由于采用特殊形状的压头, 其压痕 长对角线长度为短对角线的7. 11 倍, 与相同测 试载荷的维氏硬度压痕相比, 其压痕长对角线 长度是维氏硬度压痕长对角线的2. 77 倍, 相同 载荷时测得的努氏硬度压痕尺寸比维氏硬度压 痕尺寸大得多, 而且只测量长对角线, 因而测量 精度特别高。
试验操作要点
• 试样的固定 • 试样表面、支承面、试验台面应清洁和无外界 污物（氧化皮、油、灰尘等）； • 试样试验面与试验力作用方向垂直； • 保证在试验过程中试样不发生位移、倾斜、翘 曲； 小试样、薄试样应镶嵌或用特殊夹具夹持； 在整个试验期间，硬度计不应受到影响试验结 果的冲击和震动。
试验力选择和试验力保持时间
• 维氏硬度计压头的面夹角之所以采用136°，是为 了使维氏硬度和布氏硬度在中、低硬度值范围内， 对于同一均质材料能得到很相近的硬度值。 这是因为这两种试验方法都是以压痕单位表 面积上承受负荷的大小来表示硬度值的高低。在 布氏硬度试验中，所得的压痕直径通常在0.240.6D，压痕直径为0.375D时相当于直径为D的钢球 压头压入试样的压入角为44 ° ，而嵌入正四棱 锥体内的钢球压痕的圆心角也为44 ° ，在压入 角相同的条件下，其单位面积上承受的负荷是相 等的，这就使维氏硬度值在一定范围内与布氏硬 度值相等或接近。当试样硬度在450HV以下时，维 氏硬度值近似等于布氏硬度值。
应用范围
• ⑴ 铸铁——维氏硬度不适合； ⑵ 钢——维氏硬度（尤其是维氏硬度和小 负荷维氏硬度）适合，并在有争议时常常 作为仲裁方法； ⑶ 许多零部件标准有规定：有争议时维氏 硬度仲裁方法，如高强度螺栓的硬度； ⑷ 维氏硬度用于有效硬化层深度的检测 （感应淬火、渗碳淬火有效硬化层深度）。
维氏硬度和布氏硬度的比较
维氏硬度和布氏硬度的比较
努氏硬度
GB/T 18449-2009 金属努氏硬度试 验方法
试验原理
• 努氏硬度是以发明人美国的Knoop命名的。 过去又称克氏硬度、克努普硬度、努普硬 度。在我国列为小负荷硬度试验，也可称 其为显微硬度。它与显微维氏硬度试验一 样，使用较小的力以特殊形状的压头进行 试验。测量压痕对角线求得硬度值。
痕对角线长度的2.5倍（轻金属和铅锡等3 倍）；两相邻压痕中心间距离至少应为压 痕对角线长度的3倍（轻金属和铅锡等6 倍） 。
试验结果处理
• ⑴ 数值修约：≥100时，修约至整数；≤100 时，3位有效数字。 ⑵ 曲面试样维氏硬度值的修正 （GB/T4340.1-2009附录B）。 • 维氏硬度的表示方法
GB/T 4340-1984 金属维氏硬度试验方法 GB/T 5030-1985 金属小负荷维氏硬度试验方 法 GB/T 4342-1991 金属显微维氏硬度试验方法
试验原理
• 与布氏硬度试验原理基本相同，也是根据
压痕单位面积所承受的试验力计算硬度值。 只是压头改用为两相对面夹角为136°的金 刚石正四棱锥
试验力保持时间
• 使压头与试样表面接触，无冲击和震动地
垂直于试验面施加试验力，直至达到规定 试验力值。从加力开始至全部试验力施加 完毕的时间应在2S～10S 之间。试验力保持 时间为10s～15s。对于要求特殊，试验力保 持时间可适当延长，但应在试验结果中注 明，允许误差应在±2S。
压痕测量
• 任一压痕中心距试样边缘距离至少应为压
试验设备要求
• ⑴ 维氏硬度按试验力大小分为3类：维氏硬度、小负荷 维氏硬度、显微维氏硬度。（相应设备不同） • ⑵ 各级试验力误差要求、金刚石锥体压头的尺寸和精 度要求。 • ⑶ 压痕测量装置的要求：测量压痕对角线长度≤0.04mm 时，压痕测量装置的估测能力为0.0002mm，最大允许 误差±0.0004mm；测量压痕对角线长度＞0.04mm，痕 测量装置的估测能力为0.5d%，最大允许误差为 ±1.0d% 。 • ⑷ 硬度计的示值误差（5点平均值与硬度块标准值之差） 要满足规定的要求。 • ⑸ 硬度计由国家计量部门定期检定（检定周期一般一 年）。
试验原理
• 将顶部两棱之间的a角为172.5°和β角为 130°的棱锥体金刚石压头用规定的试验力 压入试样表面，经一定的保持时间后卸除 试验力。试验力除以试样表面的压痕投影 面积之商即为努氏硬度。计算公式如下:
试样要求
硬度标尺
试验方法结果ຫໍສະໝຸດ 理结果表达方法特点
• 1、由于使用压头的特殊形状，试验时能产生 长短对角线为7:1的棱形压痕。原理规定只测 量长对角线长度，具有较高的测量精度。 • 2、努氏硬度试验的压痕压入深度只有长对角 线长度的1 /30，维氏硬度试验的压痕压入深度 为对角线长度的1/7，所以努氏硬度试验适用 于表层硬度和薄件的硬度测试。 3、同一试样在同一负荷下，努氏硬度压痕对 角线长度约为维氏硬度压痕对角线长度的3倍， 大大优于维氏测量法。
应用范围
• 努氏硬度试验主要也是用于金属学、金相 学研究。它特别适于测试硬而脆的材料， 常被用于测试珐琅、玻璃、人造金刚石、 金属陶瓷及矿物等材料。它还可用于表面 硬化层有效深度的测定，用于细小零件、 小面积、薄材料、细线材、刀刃附近的硬 度、电镀层及牙科材料硬度的测试。努氏 硬度试验没有专门的硬度计，通常是共用 显微维氏硬度计，只要更换压头并改变硬 度值的算法即可。
维氏—努氏硬度换算公式
• 由于努氏硬度的一系列优点, 其应用值得推广。 但是长期以来人们习惯于用维氏硬度来衡量试 样的硬度, 因此, 如能将努氏硬度的数值换算成 维氏硬度值,对于满足人们习惯进而推广努氏 硬度的应用很有益处。经推导, 努氏硬度与维 氏硬度的换算公式如下:
• 经数据验证, 该公式的最大相对换算误差为0. 75% , 远远小于2. 0%。
试验原理
HV=0.102F/ S
压痕的表面积通过压痕的对角线长度计算得到。
试样要求
• ⑴ 试样表面应平坦光滑，不应有氧化皮及外 界污物，尤其不应有油脂。试样表面粗糙度要 求较高，维氏硬度试样不大于0.4μm，小负荷 维氏硬度试样不大于0.2μm；显微维氏硬度试 样不大于0.1μm。 • ⑵ 制备试样时，应使过热或冷加工等因素对 试样表面性能的影响减至最小。由于压痕硬度 浅，试样表面根据样品特性抛光。 • ⑶ 试验后，试样背部如出现可见变形，则表 明试样太薄（GB/T4340.1-2009附录A）。
方法特点
• (4) 努氏硬度的压痕为长扁状的菱形。卸载后,几乎 只有菱形压痕的短对角线会因弹性恢复有所变化, 而长对角线基本保持不变。根据压痕短对角线对应 长对角线的恢复尺寸, 还可以相对比较金属材料的 弹性高低。通常用恢复前、后的努氏硬度的相对差 值的百分数来比较材料的弹性高低。 • (5) 努氏硬度可以用来比较大变形材料或不同方向性 能差异较大的材料的纵向与横向的硬度或弹性的高 低。对于大变形材料来说, 横向硬度高于纵向硬度。 • (6) 由于努氏硬度压痕很浅, 所以对试样表面特别敏 感。努氏硬度可以用来探测试样表面可疑的缺陷, 如表面的灼伤区、软化区、硬化变形伤痕以及表面 处理的不均匀区和其他缺陷。
应用范围及优缺点
• ⑴ 维氏硬度适用范围广，能测各种表面处 理后的渗层、镀层的硬度，较小、较薄工 件的硬度，显微维氏硬度可测合金中相的 硬度。 ⑵ 优点：试验力从小到大可任意选择，所 测硬度值从低到高标尺连续。从极软到极 硬材料都可测量；测量精度高，可比性强。 ⑶ 缺点：测量操作较麻烦，测量效率低； 不适于大批生产和测量组织不均匀材料。
方法特点
• (3) 努氏硬度压痕深度为其长对角线长度1/30, 维氏硬度压痕深度为其对角线长度的1/ 7。相 同硬度、相同载荷时, 努氏硬度压痕深度约是 维氏硬度压痕深度的一半(0. 635 5)。测试相同 厚度的薄的表面硬化层硬度时, 努氏硬度的载 荷可以增加一级至二级, 相应地提高了薄硬化 层硬度测量的精度。维氏硬度与努氏硬度相比, 相同载荷下要求的试样最小厚度, 前者要比后 者大1. 6 倍。因此, 努氏硬度更适合于测试极薄 的表面硬化层和镀层的硬度。
GB/T 4340-2009 金属材料 维氏硬 度试验
维氏硬度试验的有关标准
GB/T 4340-2009 金属材料 维氏硬度试验 第1 部分：试验方法2010-04-01起实施；修改采用 国际标准 ISO 6507:2005 金属材料维氏硬度 试验 第 1 部分：试验方法；第 2 部分：硬度 计的检验与校准；第3部分：标准硬度块的标 定；第4部分：硬度值表。
方法特点
• (1) 努氏硬度具有维氏硬度的优点。宏观硬度 测试时, 其压痕具有“几何相似”的规律性, 即 努氏硬度值不随测试载荷的变化而变化。 • (2) 努氏硬度由于采用特殊形状的压头, 其压痕 长对角线长度为短对角线的7. 11 倍, 与相同测 试载荷的维氏硬度压痕相比, 其压痕长对角线 长度是维氏硬度压痕长对角线的2. 77 倍, 相同 载荷时测得的努氏硬度压痕尺寸比维氏硬度压 痕尺寸大得多, 而且只测量长对角线, 因而测量 精度特别高。
试验操作要点
• 试样的固定 • 试样表面、支承面、试验台面应清洁和无外界 污物（氧化皮、油、灰尘等）； • 试样试验面与试验力作用方向垂直； • 保证在试验过程中试样不发生位移、倾斜、翘 曲； 小试样、薄试样应镶嵌或用特殊夹具夹持； 在整个试验期间，硬度计不应受到影响试验结 果的冲击和震动。
试验力选择和试验力保持时间
• 维氏硬度计压头的面夹角之所以采用136°，是为 了使维氏硬度和布氏硬度在中、低硬度值范围内， 对于同一均质材料能得到很相近的硬度值。 这是因为这两种试验方法都是以压痕单位表 面积上承受负荷的大小来表示硬度值的高低。在 布氏硬度试验中，所得的压痕直径通常在0.240.6D，压痕直径为0.375D时相当于直径为D的钢球 压头压入试样的压入角为44 ° ，而嵌入正四棱 锥体内的钢球压痕的圆心角也为44 ° ，在压入 角相同的条件下，其单位面积上承受的负荷是相 等的，这就使维氏硬度值在一定范围内与布氏硬 度值相等或接近。当试样硬度在450HV以下时，维 氏硬度值近似等于布氏硬度值。
应用范围
• ⑴ 铸铁——维氏硬度不适合； ⑵ 钢——维氏硬度（尤其是维氏硬度和小 负荷维氏硬度）适合，并在有争议时常常 作为仲裁方法； ⑶ 许多零部件标准有规定：有争议时维氏 硬度仲裁方法，如高强度螺栓的硬度； ⑷ 维氏硬度用于有效硬化层深度的检测 （感应淬火、渗碳淬火有效硬化层深度）。
维氏硬度和布氏硬度的比较
维氏硬度和布氏硬度的比较
努氏硬度
GB/T 18449-2009 金属努氏硬度试 验方法
试验原理
• 努氏硬度是以发明人美国的Knoop命名的。 过去又称克氏硬度、克努普硬度、努普硬 度。在我国列为小负荷硬度试验，也可称 其为显微硬度。它与显微维氏硬度试验一 样，使用较小的力以特殊形状的压头进行 试验。测量压痕对角线求得硬度值。
痕对角线长度的2.5倍（轻金属和铅锡等3 倍）；两相邻压痕中心间距离至少应为压 痕对角线长度的3倍（轻金属和铅锡等6 倍） 。
试验结果处理
• ⑴ 数值修约：≥100时，修约至整数；≤100 时，3位有效数字。 ⑵ 曲面试样维氏硬度值的修正 （GB/T4340.1-2009附录B）。 • 维氏硬度的表示方法
GB/T 4340-1984 金属维氏硬度试验方法 GB/T 5030-1985 金属小负荷维氏硬度试验方 法 GB/T 4342-1991 金属显微维氏硬度试验方法
试验原理
• 与布氏硬度试验原理基本相同，也是根据
压痕单位面积所承受的试验力计算硬度值。 只是压头改用为两相对面夹角为136°的金 刚石正四棱锥
试验力保持时间
• 使压头与试样表面接触，无冲击和震动地
垂直于试验面施加试验力，直至达到规定 试验力值。从加力开始至全部试验力施加 完毕的时间应在2S～10S 之间。试验力保持 时间为10s～15s。对于要求特殊，试验力保 持时间可适当延长，但应在试验结果中注 明，允许误差应在±2S。
压痕测量
• 任一压痕中心距试样边缘距离至少应为压
试验设备要求
• ⑴ 维氏硬度按试验力大小分为3类：维氏硬度、小负荷 维氏硬度、显微维氏硬度。（相应设备不同） • ⑵ 各级试验力误差要求、金刚石锥体压头的尺寸和精 度要求。 • ⑶ 压痕测量装置的要求：测量压痕对角线长度≤0.04mm 时，压痕测量装置的估测能力为0.0002mm，最大允许 误差±0.0004mm；测量压痕对角线长度＞0.04mm，痕 测量装置的估测能力为0.5d%，最大允许误差为 ±1.0d% 。 • ⑷ 硬度计的示值误差（5点平均值与硬度块标准值之差） 要满足规定的要求。 • ⑸ 硬度计由国家计量部门定期检定（检定周期一般一 年）。
试验原理
• 将顶部两棱之间的a角为172.5°和β角为 130°的棱锥体金刚石压头用规定的试验力 压入试样表面，经一定的保持时间后卸除 试验力。试验力除以试样表面的压痕投影 面积之商即为努氏硬度。计算公式如下:
试样要求
硬度标尺
试验方法结果ຫໍສະໝຸດ 理结果表达方法特点
• 1、由于使用压头的特殊形状，试验时能产生 长短对角线为7:1的棱形压痕。原理规定只测 量长对角线长度，具有较高的测量精度。 • 2、努氏硬度试验的压痕压入深度只有长对角 线长度的1 /30，维氏硬度试验的压痕压入深度 为对角线长度的1/7，所以努氏硬度试验适用 于表层硬度和薄件的硬度测试。 3、同一试样在同一负荷下，努氏硬度压痕对 角线长度约为维氏硬度压痕对角线长度的3倍， 大大优于维氏测量法。
应用范围
• 努氏硬度试验主要也是用于金属学、金相 学研究。它特别适于测试硬而脆的材料， 常被用于测试珐琅、玻璃、人造金刚石、 金属陶瓷及矿物等材料。它还可用于表面 硬化层有效深度的测定，用于细小零件、 小面积、薄材料、细线材、刀刃附近的硬 度、电镀层及牙科材料硬度的测试。努氏 硬度试验没有专门的硬度计，通常是共用 显微维氏硬度计，只要更换压头并改变硬 度值的算法即可。
维氏—努氏硬度换算公式
• 由于努氏硬度的一系列优点, 其应用值得推广。 但是长期以来人们习惯于用维氏硬度来衡量试 样的硬度, 因此, 如能将努氏硬度的数值换算成 维氏硬度值,对于满足人们习惯进而推广努氏 硬度的应用很有益处。经推导, 努氏硬度与维 氏硬度的换算公式如下:
• 经数据验证, 该公式的最大相对换算误差为0. 75% , 远远小于2. 0%。
试验原理
HV=0.102F/ S
压痕的表面积通过压痕的对角线长度计算得到。
试样要求
• ⑴ 试样表面应平坦光滑，不应有氧化皮及外 界污物，尤其不应有油脂。试样表面粗糙度要 求较高，维氏硬度试样不大于0.4μm，小负荷 维氏硬度试样不大于0.2μm；显微维氏硬度试 样不大于0.1μm。 • ⑵ 制备试样时，应使过热或冷加工等因素对 试样表面性能的影响减至最小。由于压痕硬度 浅，试样表面根据样品特性抛光。 • ⑶ 试验后，试样背部如出现可见变形，则表 明试样太薄（GB/T4340.1-2009附录A）。
方法特点
• (4) 努氏硬度的压痕为长扁状的菱形。卸载后,几乎 只有菱形压痕的短对角线会因弹性恢复有所变化, 而长对角线基本保持不变。根据压痕短对角线对应 长对角线的恢复尺寸, 还可以相对比较金属材料的 弹性高低。通常用恢复前、后的努氏硬度的相对差 值的百分数来比较材料的弹性高低。 • (5) 努氏硬度可以用来比较大变形材料或不同方向性 能差异较大的材料的纵向与横向的硬度或弹性的高 低。对于大变形材料来说, 横向硬度高于纵向硬度。 • (6) 由于努氏硬度压痕很浅, 所以对试样表面特别敏 感。努氏硬度可以用来探测试样表面可疑的缺陷, 如表面的灼伤区、软化区、硬化变形伤痕以及表面 处理的不均匀区和其他缺陷。
应用范围及优缺点
• ⑴ 维氏硬度适用范围广，能测各种表面处 理后的渗层、镀层的硬度，较小、较薄工 件的硬度，显微维氏硬度可测合金中相的 硬度。 ⑵ 优点：试验力从小到大可任意选择，所 测硬度值从低到高标尺连续。从极软到极 硬材料都可测量；测量精度高，可比性强。 ⑶ 缺点：测量操作较麻烦，测量效率低； 不适于大批生产和测量组织不均匀材料。
方法特点
• (3) 努氏硬度压痕深度为其长对角线长度1/30, 维氏硬度压痕深度为其对角线长度的1/ 7。相 同硬度、相同载荷时, 努氏硬度压痕深度约是 维氏硬度压痕深度的一半(0. 635 5)。测试相同 厚度的薄的表面硬化层硬度时, 努氏硬度的载 荷可以增加一级至二级, 相应地提高了薄硬化 层硬度测量的精度。维氏硬度与努氏硬度相比, 相同载荷下要求的试样最小厚度, 前者要比后 者大1. 6 倍。因此, 努氏硬度更适合于测试极薄 的表面硬化层和镀层的硬度。