维氏硬度检测标准化操作指南

——从试样制备到结果分析的完整流程解析

一、维氏硬度检测原理与特点

维氏硬度（HV）是通过金刚石正四棱锥压头在特定试验力下压入材料表面，根据压痕对角线长度计算硬度值的检测方法。其优势在于：

• 高精度：适用从软金属到硬质陶瓷的广泛材料（HV 5~3000）

• 小压痕：适合薄层、小件及微观区域硬度测试（如镀层、焊缝）

• 统一标尺：全硬度范围采用同一压头，数据可比性强

二、检测设备与试样准备

1. 设备清单

2. 试样制备要求

• 表面处理：

• 抛光至镜面（粗糙度Ra≤0.4μm），电解抛光更佳

• 清除油污、氧化层（酒精/丙酮超声清洗5分钟）

• 厚度限制：

• 最小厚度≥1.5倍压痕对角线长度（如测试力1kgf，厚度≥0.15mm）

• 环境条件：

• 温度23±5℃，湿度≤70%，避免振动

三、标准化操作流程

1. 设备校准

1. 使用标准硬度块（如HV0.5 750）进行校准

2. 在标准块上施加试验力（0.5kgf），保持10~15秒

3. 测量压痕对角线d₁、d₂，计算HV值，误差≤±3%为合格

2. 测试步骤

1. 选择试验力：

   材料类型	推荐试验力（kgf）	适用场景
   薄镀层/薄膜	0.01~0.1	PCB镀金层（0.1μm）
   常规金属材料	0.5~10	钢铁、铝合金、铜合金
   硬质合金/陶瓷	10~30	碳化钨、氧化锆

2. 加载压痕：

• 将试样置于载物台，通过目镜对准测试区域

• 自动/手动加载试验力，保载时间10~15秒（ISO标准）

• 缓慢卸除载荷，避免冲击振动

3. 测量对角线：

• 切换物镜至400×，移动测微目镜十字线对齐压痕顶点

• 读取两条对角线长度d₁、d₂（单位：mm），取平均值

• 精度控制：两次测量偏差≤5%，否则重新测试

4. 计算硬度值：

   $$��=0.1891\times \frac{�}{{�}^2}(\text{F: 试验力/kgf; d: 对角线平均长度/mm})$$

四、数据处理与报告编制

1. 数据记录规范

2. 报告内容

• 试样信息（材料牌号、热处理状态）

• 检测标准（如ISO 6507-1）

• 硬度值（单点值及平均值）

• 压痕形貌照片（标注放大倍数）

• 测量不确定度评估（通常≤±5%）

五、注意事项与误差控制

1. 操作禁忌

• 禁止在倾斜表面（＞2°）或曲面直接测试（需专用夹具）

• 避免在试样边缘3倍压痕直径范围内测试

• 试验力选择需满足：$�\ge 20\times \text{压头尖端曲率半径}$

2. 常见误差与修正

六、典型应用案例

案例1：氮化钛镀层硬度检测

• 试样：工具钢基体+3μm TiN镀层

• 参数：试验力0.05kgf，保载10秒

• 结果：HV0.05=2800±150，镀层致密性良好

案例2：铝合金焊缝硬度梯度分析

• 方法：沿焊缝→母材每隔0.2mm打点（HV1）

• 结论：热影响区硬度下降15%（HV1 85→72），需优化焊接工艺

七、与其他硬度测试方法对比