维氏硬度计实验

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测量因素/ 照明均匀度
• • 不同照明强度下相同的压痕 较亮的照明 “较小的”压痕 较高硬度值
较低的照明强度 较高的照明强度
测量硬度: 202 HV1
测量硬度: 219 HV1
请注意：右侧压痕看起来略小
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硬度, HV30 距水冷端距离
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表面硬度深度 (CHD) 测量
锯齿形压痕
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维氏硬度的选择方法
Test Method
HV0.01 HV0.025 HV0.05 HV0.1 HV0.2 HV0.3 HV0.5 HV1 HV2 HV3 HV5 HV10 HV20 HV30 HV50 HV100
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NF EN ISO 15614 HV10 ≤ 320
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金属粉末颗粒
应用: 金属粉末颗粒 目的: 评估孔隙率 方法: 维氏或努氏 (低载荷 <1 kgf)
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Jominy Test
Ground surface
Hardness test
0.04 µm氧化物抛光后
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影响硬度的因素
环境 操作人员
硬度试验
仪器
测量 材料
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仪器因素
施加载荷 精确性 可重复性
压痕 速度 惯性 角度 时间 间距
压头 横向运动 形状偏差 损坏 材料
其它 测砧，支撑平台 主轴 样品偏差 机器水平度
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d1 d2
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仪器因素 – 压头形状偏差（维氏）
压头几何形状 压头边缘夹角：136° +/- 0.5° 压头尖端：0.5 µm (低载荷) to 2 µm (高载荷)
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仪器因素 – 压头形状偏差（维氏）
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试样表面的要求
试样表面质量取决于测试载荷 宏观硬度试验：研磨 显微硬度试验：抛光，电解抛光 测试载荷低于300 gf ，表面需电解抛光或氧化物抛光
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不同的制备表面, HV10 - 自动判定
9 µm
砂轮片的正确选择
材料组
大切割机
精密切割机
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切割轮的选择
维氏硬度
材料组
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切割轮的选择
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镶嵌
Vickers – up to 10 - 20 kgf (98.1- 196.1 N)
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试样制备
金相制样方法图
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钢的样品制备
步骤 Surface 粗磨 精磨 (9µm) 抛光 (3µm) MD-Plus
MD-Piano #220 MD-Allegro
Abrasive type Lubricant type Speed [rpm] Holder direction Time [min] Water Force per sample [N] 40 300 >> 1
DiaPro Allegro/Largo 30 150 >> 4
DiaPro Mol
OP-U
25 150 >> 3
15 150 >< 2
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30
99,95% Al HV1
切割后
9 µm金刚石精磨后
3 µm金刚石抛光后
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8000 6000 HV 4000 2000 0 10 20 对角线长度 d 30 维氏硬度 Force =100 gf
constHV=1854,4
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司特尔维氏硬度计
DuraScan 10 and 20
自动图像评估（Auto Measurement）
无回弹性
高回弹性
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铝试样制备
步骤 Surface 粗磨 SiC folie #320 精磨 (9µm) MD-Largo 抛光(3µm) MD-Mol 抛光 (0.04µm) MD-Chem
Abrasive type Lubricant type Force per sample [N] Speed [rpm] Holder direction Time [min] Water 20 300 >> 1
> 4 HV10 或 1% 硬度偏差
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材料因素
材料因素 显微组织异质性 试样制备质量 - 试样表面反射率/透明度 材料类型 材料处理 材料形状 镶嵌树脂
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材料因素 - 试样制备质量
99,95% Al HV1
Application
Small geometries, thin layers ceramics 小试样及薄片试样 Hardness Progressions (CHD, Eht or Nht) 硬度梯度 Hardness Progressions (CHD, Eht or Nht) Surface Hardness Testing 硬度梯度和 Surface Hardness Testing 表面硬度 Welding Test, Sintered Metals 焊缝组织和烧结材料 Jominy Test, Surface Hardness Testing Surface Hardness Testing 端淬试验样品 Surface Hardness Testing 表面硬度
DiaPro Allegro/Largo DiaPro Plus 40 150 >> 3 30 150 >> 3
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研磨抛光盘/布
回弹性 树脂 涤纶（含涂层） 醋酸纤维 丝绸 合成绒毛 羊毛 合成绒毛 氯丁橡胶
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维氏硬度, HV10
软 硬
0.5% 碳钢 180HV10
硬化工具钢 700HV10
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硬度试验的目的
硬度试验是材料机械性能试验中最简单、迅速和易于实 施的方法。硬度试验的主要目的就是测定材料的适用性， 或材料为使用目的所进行的特殊处理的效果。
淬火 淬火 + 回火 应力 正火 退火
应变
焊缝
热处理
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6 Text Source: ASM, Hardness Testing 4th edition, 1995
维氏硬度值如何测量
测量压头压入后材料塑性变形的压痕面积 （通过压痕对角线）
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表面粗糙度
小载荷 粗糙度
大载荷
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制备步骤
• 切割 • 镶嵌 • 研磨 • 抛光 • 硬度试验
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维氏硬度
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自动聚焦（Auto Focus）
260 mm
接口（Ports）
DuraScan 20
内置电脑 触摸屏操作
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DuraScan 10
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司特尔维氏硬度计
DuraScan 50, 70 and 80
•设计精巧 •非对称设计 •测试区域更大
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术语
显微硬度试验 载荷: ≤ 1 kgf 1kgf= 9.81 N HV1
宏观硬度试验 载荷: > 1 kgf 1kgf= 9.81 N
HV3
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维氏硬度试验
压头材料: 标准: ASTM E384 – micro force ranges – 10gf to 1kgf ASTM E92 – macro force ranges - 1kgf to 100kgf ISO 6507-1,2,3 – micro and macro ranges
欢迎参加司特尔在线技术交流会
主讲: 姜秀平
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维氏硬度试验
主要内容
• 介绍 • 维氏硬度试验 • 影响硬度试验的因素 • 结论
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硬度试验的基本原理
载荷
压头 压痕 试样
材料的硬度即一种材料抵抗更硬的另一种材料压入 产生永久变形的能力。
切割后
9 µm金刚石精磨后
3 µm金刚石抛光后
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0.04 µm氧化物抛光后
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材料因素 – 材料类型
陶瓷 涂层 硬质合金
复合材料
黑色金属
有色金属
粉末冶金
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材料因素 – 材料处理/ 样品
感应加热 Jominy Test
3 µm
0.5%碳钢, 180HV10
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硬化工具钢, 700HV10
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自动判定
0,5% 碳钢：180 HV 10
70 60 % discarded readings 50 40 30 20 10 0 HV 0,5 Hardness Vickers HV 10 9 μm 6 μm
10
焊缝硬度试验
Number 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
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Hardness 175 175 177 237 239 249 226 225 225 234 236 231 182
Method HV10 HV10 HV10 HV10 HV10 HV10 HV10 HV10 HV10 HV10 HV10 HV10 HV10
CHD硬化层深度
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维氏硬度的优缺点 优点
• 维氏硬度可涵盖所有材料的硬度范围 • 多种试验力，以适应不同硬度的不同工件 • 唯一的压头可应对所有材料
缺点
• 需要精确测量对角线长度，对样品制备要求较高 • 测试速度较慢，还需加上样品制备时间 • 成本通常比布氏、洛氏昂贵
淬火 淬火 + 回火 应力 正火 退火
应变
焊接
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热处理
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材料因素 – 材料形状
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测量因素
使用规程 测试方法 (HV, HB, HR, HK) 方法的可行性 遵循标准 (ASTM, ISO, JIS) 验证系统 加载系统校准 物镜放大倍数 物镜分辨率 图像质量不佳 照明均匀度 其它 振动 污染或灰尘等
测量因素 - 图像质量/聚焦系统
精确且可重复的测量结果要求准确的和一致的聚焦距离 推荐自动聚焦系统
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极小载荷误差
极小载荷 – 压痕对角线小于 20 µm
Hardness =
0.05 0.04 1/d2 0.03 0.02 0.01 0 0
Force Force = const ⋅ 2 Area of indentation d
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仪器因素 - 间距
加载
变形区
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仪器因素 - 间距
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仪器因素 – 角度和样品偏差
角度 载荷 90o 载荷 Max 2o Max ? 样品偏差 载荷
维氏硬度： 对角线长度 偏差 < 5%
保载时间： • 10-15 seconds
F HV = 1854.4 2 d
HV: 维氏硬度值 F: 测试载荷(gf) d: 对角线平均长度 (μm)
通则: 尽可能使用高载荷!
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Source: ASM, Hardness Testing 4th edition, 1995