显微硬度负荷范围界定依据

显微硬度计其负荷范围实质上包含了显微硬度试验（40.2 kg·F）以及低负荷硬度试验（0.2～5 kg·F），但其负荷级多数属于显微硬度试验。确定显微硬度负荷范围的依据如下：

1）国内外的有关国家标准、工业标准和检定规程

（1）美国国家标准ASTM E384—84中规定，显微硬度计的负荷范围为1～1000 g·F（克·力）。

（2）日本工业标准JIS B7734—1983中规定，显微硬度计的负荷范围为10～1000 g·F（克·力）。

（3）俄罗斯国家标准TOCT9450—7C中规定．显微硬度计的负荷范围为5～500 g·F（克·力）。

（4）我国的显微硬度计检定规程JJG260—81及专业标准ZBY337—85中规定负荷范围为50～1000 g·F（克·力）。

2）我国现有的国产或进口的显微硬度计负荷

除苏联生产的ПMT一3型外。我国现有的国产或进El的显微硬度计负荷均大于或等于1000 g·F。

3）定量测试精度的要求

为了保证显微硬度计硬度值的传递及具有较高的精度，在采用负荷时希望能选择较大的负荷，得到较大的压痕，以保证测试精度，所以负荷的上限确定为1000 g·F是合适的。

4）金相试验及极小零件、极薄零件或表面处的需要

基于试验对象微小且很薄，为了能反应测试对象本身的硬度，负荷的下限要包括50 g·F，这可以用作定性比较。

显微硬度试验的应用

1）应用

（1）这是一种真正的非破坏性试验，其得到的压痕小，压入深度浅，在试件往往是非目力所能发现的，因而适用于各种零件及成品的硬度试验。

（2）可以测定各种原材料、毛坯、半成品的硬度，尤其是其他宏观硬度试验所无法测定的细小薄片零件和零件的特殊部位(如刃具的刀刃等)，以及电镀层、氮化层、氧化层、渗碳层等表面层的硬度。

（3）可以对一些非金属脆性的材料及成品进行硬度测试，不易产生碎裂（如陶瓷、玻璃、矿石等）。

（4）可以作为金相显微组织研究的附件。通过对金相显微组织硬度的测定比较来研究金相组织。也可以作为矿相分析的辅助手段。

（5）可以对试件的剖面沿试件的纵深方向按一定的间隔进行硬度测试（即称为硬度梯度测试），以判定电镀、氮化、氧化或渗碳层等表面层的厚度。

（6）可通过显微硬度试验间接地得到材料的其他性能，如材料的磨损系数、建筑材料中混凝土的结合力、瓷器的强度等。

（7）所得压痕为菱形，轮廓清楚，其对角线长度容易测量，测量精度高。

2）显微硬度试验的制约条件及注意事项

（1）按仪器操作说明书，尽可能满足其使用条件（如防震）。

（2）试件不能太大，试件表面粗糙度大于等于0.05μm，且要进行多点试验，采集多个数据，才能保证结果可信。

（3）测试人员必须训练有素。

显微硬度试验由于具有负荷小、灵敏度高等特点，广泛地应用于生产和科研。不仅是工艺检验的手段，同时是金相组织研究和材料科学研究方面不可缺少的手段。显微硬度试验不仅用于对金属材料的测定，同时也可对非金属材料进行测定。

1．用于工艺检验方面。主要测定小件、薄件硬度，如轴尖、薄片等零件。也可测定镀层、强化层等的硬度。可用以研究加工硬化的影响，研究由于摩擦或磨损而引起的材料表面性质的变化等等，可检验氧化、氮化、渗炭、氰化等工艺处理的效果。

2．用于金相学和金属物理学方面。研究金属结构，相的分辨以及晶体特性的测定．通过对压痕形状的观察可以研究金属各组成相的塑性和脆性。

3．用于材料科学方面。研究新合成材料组成成分之特性，为研究新材料和合金提供条件，研究高温或低温下材料之特性。

4．对非金属材料的测定。如对玻璃、玛瑙、磨料、矿物、陶瓷器以及其他一些脆性构·科硕度的测定。这是其他硬度试验法难以解决的测定项目。

显微硬度测试原理

硬度的测试是材料在力学性能研究中最简便、最常用的一种方法。显微硬度是金相分析中常用的测试手段之一。

显微硬度的测试是将具有一定几何形状的金刚石压头，以较小载荷压入试验材料表面，然后对一条或两条压痕对角线进行光学测量。由于留在试样上的压痕尺度极小（一般几微米到几十微米），必须在显微镜下测量。

显微硬度测试采用的是压入法类型，所标志的硬度值与其他静载荷下的力学性能指标间存在着一定关系，可借以获得其他性能的近似情况。

压头类型

测量显微硬度的压头是个极小的金刚石锥体，重约0. 05~0.06ct（1ct=0.2g）镶在压头的顶尖上。显微硬度压头按几何形状分为两种类型：一种是锥面夹角为136°的正方锥体压头，又称维氏（Vickers）锥体，如图1上图中（a）所示，压痕形状见图1上图中（b），且d1=d2；另一种是菱面锥体压型压头，它是1939年由美国人Knoop发明，又称为努普（Knoop）型压头，如图1下图中（a）所示，压痕形状见图1下图中（b）。

影响显微硬度值的因素

1、测量误差

主要是由载荷测量误差及压痕测量误差引起的，其误差可按下式计算：

△HV= HV（（△F/F）+（△2d/d））

测量误差属静态误差，它与操作者的素质和仪器的精度密切相关，因此操作时要细心，并在每次操作前应校正零位。

2、试样的表面状态

被检测试样的表面状态直接影响测试结果的可靠性，测定显微硬度的试样与普通金相样品的制备相同，磨光、抛光时应尽量避免表层微量的塑性变形，引起加工硬化。

3、加载部位

压痕在被测晶粒上的部位及被测晶粒的厚度对显微硬度值均有影响。在选择测量对象时应选取较大截面的晶粒，因为较小截面的晶粒厚度可能较薄，测量结果可能会受晶界或相邻第二相的影响。

4、试验载荷

为保证测量的准确度，试验载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，在测定软基体上硬质点时，被测点截面直径必须4倍于压痕对角线长，否则将可能得到不准确的测量数据。此外测定脆性相时，高载荷可能出现“压碎”现象，角上有裂纹的压痕表明载荷已超过材料的断裂强度，因而获得的硬度值是不准确的。

5、载荷施加速度及保持时间

硬度定义中的载荷是指静态的含义，但实际上一切硬度试验中载荷都是动态，是以一定的速度施加在试样上，由于惯性的作用，加荷机构会产生一个附加载荷，这会使硬度值偏低，为了消除这个附加载荷的影响，在施加载荷时应以尽可能平稳，缓慢的速度进行。

塑性变形是一个过程，完成这个过程需要一定的时间，只有载荷保持足够的时间，由压痕对角线长度所测出的显微硬度值才更接近于材料的真实硬度值。大量试验表明，载荷保持时间一般为10～15s。

显微硬度计的维护保养

（1）仪器安装地点须干燥，不受潮湿和有害气体的侵蚀。

（2）仪器要水平放置，用弹性橡胶或其他吸振板作垫板，以保证仪器不受振动。

（3）仪器最好安装在特殊设计的工作台上，不用时将仪器封罩起来，内放硅胶等干燥剂。

（4）保证仪器的清洁，镜头上有污物时，应用橡皮球吹掉，用镜头刷或擦镜纸去除。

（5）在载物轴或压头轴上粘有污渍而影响仪器使用时，应非常谨慎地用汽油擦拭，以保证。载物轴或压头轴的灵活性。

（6）压头上有污染时，应该用棉花和酒精仔细擦拭，以免影响压痕的测量。

（7）操作者在使用前应仔细阅读仪器的有关资料及说明书，熟悉显微硬度计各类部件的作用和操作规程，保证显微硬度测量值的准确度。