金属材料及热处理实验指导书

时间：2025-05-02

金属材料及热处理

实验指导书

材料科学与工程学院材料科学实验中心

二零一零年十二月一日

实验一显微硬度测定

一、实验目的

硬度是材料的重要力学性能之一，可用于要求高耐磨性的场合；硬度试验方法相对简单，所需设备也较为价廉，故硬度测定是常用的力学性能检测手段。

掌握维氏硬度测试的原理和方法。

一．实验原理

1．陶瓷材料的硬度一般用压入法测定。

维氏硬度的压头是一相对面夹角α=136°的金刚石四棱锥，其试验原理如图一所示。压头在试验力F作用下，在试样

表面压出一个四方锥形的压痕，经规定时

间（常为10～15秒）后，卸除试验力，测

量出压痕对角线平均长度d，d=(d1+d2)/2,

用以计算压痕的表面积。维氏硬度值（HV）

即为试验力F除以压痕表面积S的商，计

算公式如下： F2Fsin(1360/2)F

2d2HV=S==1.8544d ,

F单位为kg，d为mm，HV通常不标单位。

或 0.102FSHV==0.1891Fd2,

F单位为N，d为mm，HV通常不标单位。

陶瓷材料由于硬度高、脆性大，大的试验

力易使试样崩裂，进而损坏金刚石压头，

维氏硬度试验力通常在1～10kg(9.8～

98N)。

二．实验设备

HVS-50型维氏硬度计；

三．实验步骤

1．试样：待测试样大小无特殊规定，以能在试验机的工作平台平稳放置为宜，但需注意高度不能过大或过小，过高会造成不稳，过薄易被压裂。上下两面应为平行平面，测试面与工作台平行，为保证测量准确和保护金刚石压头，测试面应先研磨加工，维氏硬度试验时还必须抛光至镜面，粗糙度≤0.1μm,否则不能清晰地看清压痕。弯曲强度测试后的已断试样（有抛光镜面）可加以利用。

2．维氏硬度：以HVS—50型维氏硬度计为例说明。

（1）旋动硬度计右侧变力手轮，选择好欲加载荷（有5、10、20…50 kg档），测硬度时不超过10 kg (98N)；硬度计接通电源，操作加力长柄压至水平位置，处于预工作状态。

（2）两手转动前侧下方大转盘使工作台下降足够距离，将试样抛光面向上放于工作台中心；拨动上方装有压头和物镜的转盘，使物镜对准试样；

两手缓慢

转动大转盘使工作台上升，同时从测微目镜中观察，可观察到试样抛光面反射出的光，最后更细心地来回调整大转盘直到试样表面形貌最清晰为止，此时通过目镜观察和平移试样选择好表面待测部位（划痕很少、无气孔），使该部位处于目镜中央。注意该部位不可在试样的边缘处，以免加力时损坏压头。

（3）转动大转盘使工作台下降约7mm ，拨动上方装有压头和物镜的转盘，使装有金属保护套的压头处于试样上方，注意必须下降后才能拨动转盘，否则压头会侧向划刻试样；升起工作台直至试样与保护套下端接触为止，向左平推操作长柄，加力开始，长柄缓缓向上转动，指示红灯亮，力保持一定时间后自动卸力；待指示灯熄灭后，下降工作台约7mm，再拨回物镜，然后转动大转盘使试样表面处于物镜焦距上，从目镜中可见清晰的压痕。

（4）测量压痕：测微目镜中有一刻有若干等间距刻线的分划板和一刻有细长线的玻璃指示板，旋动左边小旋钮，两板可同时移动，旋动右边微分筒只有指示板移动；用10倍物镜时，分划板上每一刻度相当于0.1mm，微分筒上最小分度为0.001mm；用4倍物镜时，上述两刻度分别为0.25mm、0.0025mm。测量时先转动左边小旋钮，使分划板的0线对齐压痕的一个角，再转动微分筒，使指示板上细长线对齐压痕的另一角，压痕对角线长度即为分划板上整格数值与微分筒上格数之和。测微目镜转90°，依上法再测量另一对角线长度。取其平均值以供计算。

（5）按下操作长柄至水平位置，移动该试样或另换试样，重复下一次测试。每个试样应在表面的两至三个不同点各测一次，取其所测硬度的平均值。不同点之间不可靠得太近。

四．注意事项

1．金刚石压头虽极硬但性脆，价值不菲，要特别注意避免冲击碰撞损坏，一旦崩边崩角就无法再用；在试验力未卸除前，切记不能转动工作台升降手柄（转盘）或移动试样；维氏硬度试验中由加压位置拨回物镜位置测量压痕时，一定要下降工作台后才能进行。

2．陶瓷硬度高，硬度计使用不当更易损坏压头，建议先用金属试样模拟试验，熟悉各手柄、转盘的功用和压痕测量、数值读取的方法后，再用陶瓷试样试验。

五．实验报告要求

1．实验目的、实验原理简介；

2．试样状态（材料类别、数量、尺寸等）；

3．试验条件（载荷大小、保持时间）；

4．测试结果，HV（列出算式）；

5．实验的体会与注意事项。

六、思考题

影响材料硬度测试准确性的因素是什么？