维氏硬度计(GB/T4340.1—1999)相关硬度计介绍:HV-5A型数显小负荷维氏硬度计
维氏硬度计原理
采用正四棱锥体金刚石压头，在试验力作用下压入试样表面，保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角线长度。
试验力除以压痕表面积的商就是维氏硬度值。维氏硬度值按式(3-1)计算：
HV = 常数×试验力/压痕表面积 ≈0.1891 F/d2 …………(3-1)
式中：HV ———— 维氏硬度符号;
F ―――― 试验力，N;
d ———— 压痕两对角线d1、d2的算术平均值，mm
实用中是根据对角线长度d通过查表得到维氏硬度值。
国家标准规定维氏硬度压痕对角线长度范围为0.020～1.400mm
3.2 维氏硬度的表示方法
维氏硬度表示为HV，维氏硬度符号HV前面的数值为硬度值，后面为试验力值。标准的试验保持时间为10～15S。如果选用的时间超出这一范围，在力值后面还要注上保持时间。例如：
600HV30—表示采用294.2N(30kg)的试验力，保持时间10～15S时得到的硬度值为600。
600HV30/20—表示采用294.2N(30kg)的试验力，保持时间20S时得到的硬度值为600。
3.3 维氏硬度试验的分类和试验力选择
维氏硬度试验按试验力大小的不同，细分为三种试验，即：维氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验和显微维氏硬度试验。
表3-1维氏硬度试验的三种方法
维氏硬度试验可选用的试验力值很多，见表3-2。
表3-2推荐的维氏硬度试验力
试验力的选择要根据试样种类、试样厚度和预期的硬度范围而定。标准规定，试样或试验层的厚度至少为压痕对角线长度的1.5倍。试验后试样背面不应出现可见的变形痕迹。
维氏硬度试验的缺点
维氏硬度试验效率低，要求较高的试验技术，对于试样表面的光洁度要求较高，通常需要制作专门的试样，操作麻烦费时，通常只在实验室中使用。
维氏硬度计的应用
维氏硬度试验主要用于材料研究和科学试验方面小负荷维氏硬度试验主要用于测试小型精密零件的硬度，表面硬化层硬度和有效硬化层深度，镀层的表面硬度，薄片材料和细线材的硬度，刀刃附近的硬度，牙科材料的硬度等，由于试验力很小，压痕也很小，试样外观和使用性能都可以不受影响。显微维氏硬氏试验主要用于金属学和金相学研究。用于测定金属组织中各组成相的硬度，用于研究难熔化合物脆性等。显微维氏硬度试验还用于极小或极薄零件的测试，零件厚度可薄至3μm。
维氏硬度试验的优点
维氏硬度试验的压痕是正方形，轻廓清晰，对角线测量准确，因此，维氏硬度试验是常用硬度试验方法中精度*高的，同时它的重复性也很好，这一点比布氏硬度计优越。
维氏硬度试验测量范围宽广，可以测量目前工业上所用到的几乎全部金属材料，从很软的材料(几个维氏硬度单位)到很硬的材料(3000个维氏硬度单位)都可测量。
维氏硬度试验*大的优点在于其硬度值与试验力的大小无关，只要是硬度均匀的材料，可以任意选择试验力，其硬度值不变。这就相当于在一个很宽广的硬度范围内具有一个统一的标尺。这一点又比洛氏硬度试验来得优越。
在中、低硬度值范围内，在同一均匀材料上，维氏硬度试验和布氏硬度试验结果会得到近似的硬度值。例如，当硬度值为400以下时，HV≈HB，如图3-2所示。
维氏硬度试验的试验力可以小到10gF，压痕非常小，特别适合测试薄小材料。
一、里氏硬度计测试基本原理
随着单片技术的发展，1978年，瑞士人Leeb博士首次提出了一种全新的测硬方法，它的基本原理是具有一定质量的冲击体在一定的试验力作用下冲击试样表面，测量冲击体距试样表面1mm处的冲击速度与回跳速度，利用电磁原理，感应与速度成正比的电压。里氏硬度值以冲击体回跳速度与冲击速度之比来表示。
计算公式：HL=1000*(VB/VA)
式中：HL——里氏硬度值
VB——冲击体回跳速度
VA——冲击体冲击速度
便携硬度计具有良好的探头互换性，多种异型冲击装置可以无需校准地自由更换，满足不同用户、不同场合、不同工件精确的硬度测量。
一般我们选择里氏硬度计可从以下几个方面入手：
探头适用于测量沟槽或凹入的表层，是里氏硬度计的可选配冲击装置。
探头选择：
冲击装置分为 7 种，分别为： D 、 DC 、 DL 、 D+15 、 C 、 G 、 E 从根本上讲主要在以下三个方面的区别：
1、对被测物体的光洁度的要求不同
2、对被测物体的硬度适用范围不同
3、对空间位置大小要求不同
4、对被测面的大小要求不同
选择探头，一般遵循以下步骤：
1、被测材料及硬度范围。
2、被测空间位置的大小。
3、被测面的大小。
4、被测面的光洁度。
5、探头的价格。
探头的测量应用
D型探头：测量通用件
C型探头：测量小的或轻薄的试件及表面硬化层
DC型探头：测量内孔或狭小空间内部表层
D+15型探头：测量沟槽或凹入的表层
DL型探头：测量细长窄槽体
G型探头：测量大的或厚重的试件及表面较粗超的铸锻件
两个是不一样的探头，不过有的厂家一台机器可以配超声波和里氏两个探头使用，不过这两个是探头原理是不一样的，只不过是机器有两种功能。适用材料：钢和铸钢、合金工具钢、不锈钢、灰铸铁、球墨铸铁、铸铝合金、铜锌合金（黄铜）、铜锡合金（青铜）、纯铜、 锻钢。
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使用金属洛氏硬度计时你需要了解的知识
洛氏硬度计工作原理
在规定条件下，将压头（金刚石圆锥、钢球或硬质合金球）分2个步骤压入试样表面。卸除主试验力后，在初试验力下测量压痕残余深度h。以压痕残余深度h代表硬度的高低。洛氏硬度试验原理如图所示。
1—在初始试验力F0下的压入深度；2—在总试验力F0+F1下的压入深度；3—去除主试验力F1后的弹性回复深度；4—残余压入深度h；5—试样表面；6—测量基准面；7—压头位置
下图：洛氏硬度试验原理图
洛氏硬度值按下式计算：
N－常数，对于A、C、D、N、T标尺，N=100；其他标尺，N=130；
h－残余压痕深度，mm；
S－常数，对于洛氏硬度，S=0.002mm，对于表面洛氏硬度，S=0.001mm。每一洛氏硬度单位对应的压痕深度，洛氏硬度为0.002mm，表面洛氏硬度为0.001mm。压痕越浅，硬度越高。洛氏硬度试验分为2种，一种是普通洛氏硬度试验，一种是表面洛氏硬度试验。洛氏硬度试验采用1200金刚石圆锥和1.588mm、3.175mm钢球三种压头，采用60kg、100kg、150kg三种试验力，它们共有九种组合，对应于洛氏硬度的九个标尺，即HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH、HRK。表面洛氏硬度试验采用1200金刚石圆锥和1.588mm钢球2种压头，采用15kg、30kg、45kg三种试验力，它们共有六种组合，对应于表面洛氏的六个标尺，即HR15N、HR30N、HR45N、HR15T、HR30T、HR45T。
常见问题及误差分析
1、不同的表面光洁度在洛氏硬度测试时，表现出不同的影响。表面光洁度愈低，高硬度测试时其硬度愈高，反之硬度越低，有刀痕的粗糙表面，淬火时首先快冷却，或很坚硬的表层，硬度值就高。反之，调质件高温回火时，有刀痕的表层组织先转变，抗回火的能力小，硬度值就低。在测试表面光洁度Δ7以下的零件时，必须使用废砂轮精磨，再用锉刀锉磨光滑，或用细的手砂轮磨光，然后揩擦干净。
2、热处理零件表面有盐渍、沙子等物，当加负荷时，零件会产生滑移，若有油腻存在，金刚头压入时起润滑作用，减小磨擦，增加压深。这两项原因使所测硬度值偏低。零件测试的部位氧化皮蔬松层薄的硬度值降低，氧化皮致密层厚的硬度值增高。对欲测硬度的零件必须去除氧化皮，揩擦干净，不得有脏物。
3、斜面（或锥度）、球面及圆柱体零件对硬度测试的误差较平面大。当压头压入这种零件表面时，压入处四周的抗力比平面小，甚至有偏离、滑移的现象，压深增大，硬度降低。曲率半径愈小，斜度愈大，硬度数值的降低愈显著。金刚石压头也容易损坏。对这类零件要设计专用工作台，使工作台和压头同心。
初步检测
在检验洛氏硬度计以前，应对其进行检查以保证;
1.硬度计安装正确;
2.压头主轴在其导向体中能够滑动;
3.压头柄牢固地安装在主轴孔中;
4.试验力的施加和卸除无冲击或振动，且不影响读数;
5.试样的位移或机架的变形不影响读数。当带有将试样锁固到机架上面部件的锁紧装置时，其锁紧力应超过总试验力。机架变形的影响可通过给主轴装上一个端面为球形的压头(直径不小于10mm)，来代替原压头，经过垫块压在试台 L(当带锁紧装置时要用锁紧装置压住垫块再压在试台上)进行检查。主轴和垫块材质的洛氏硬度不应低于 60 HRC。测量装置的读数(施加着初试验力)，在硬度计大主试验力施加前和卸除后，对不带锁紧装置的硬度计二者相差不应超过1. 5洛氏单位;对带锁紧装置的硬度计相差不应超过0.5洛氏单位。
直接校准
1.试验力的校准; 对于初试验力F0和所使用的每一个总试验力F均应进行测量，只要可能，就应在试验过程中主轴的整个移动范围内以一定的间隔在其至少三个位置上做上述力的测量。初试验力应至少保持2s。用符合(GB/T 13634规定的1级标准测力仪测量）。
2.压头的检验; 与0.3mm压入深度范围相对应的金刚石圆锥面和顶端球面应抛光，两个面的结合应完全相切，并应无表面缺陷。压头的形状可通过直接测量或通过测量其在投影屏上的投影进行检验。测量应至少在四个等间隔的截面进行。
3.压痕深度测量装置的校准; 压痕深度测量装置应通过以增加硬度值的方向使压头产生已知的递增移动量，在不少于三个间隔(包含与常用标尺的低和高硬度相对应的间隔)上进行检验
4.试验循环时问的检验。试验循环时间应与GB/T 230.1 规定的试验循环时间一致，并应进行调整使其不确定度在 0.5s以内。
维护与保养
1 硬度计长时间不使用时，应用防尘罩将机器盖好。
2 定期在丝杠与手轮的接触面注入少量机油。
3 硬度计使用前，应将丝杠顶面和工作台上端面擦净。
4 如发现硬度示值误差较大：
4.1可拿下工作台，检查其与丝杠接触面是否清洁；
4.2检查丝杠保护套是否顶起工作台；
4.3检查压头是否损坏。
5 若施加主试验力时，指示器指针开始转动很快，然后缓慢转动，说明缓冲器内机 油太少了，此时可掀起缓冲器上端的毡垫，缓慢地注入清洁的 20#机油。同时多次拉 推手柄，使活塞上下移动多次，将缓冲器内的空气全部排除，直到活塞沉到底 时有油从上面溢出为止。
6 用本机携带的标准硬度块定期检查硬度计精度。
6.1 将工作台及标准硬度块擦净，在硬度块工作面进行试验，决不允许在支承面试验。
6.2 若示值误差较大， 除按本节第四项检查外，检查标准硬度块支承面是否有毛刺，若有毛刺应用油石打光。
6.3 在标准硬度块不同位置试验时，硬度块应在工作台上拖动，不应拿离工作台。
7 本仪器应定期进行核查，并周期进行检定。
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