顯微硬度計的工作原理

硬度是一個重要的力學(xué)性能指標(biāo)，它能反映材料彈性和塑性變形的特性指標(biāo)。硬度測定時試樣制備簡單，試樣基本不被破壞，接近無損檢測，在不同尺寸與形狀的試樣上測定時，操作簡便，測量速度快，并且硬度與強(qiáng)度之間有著相似的換算關(guān)系，根據(jù)硬度值能夠得出近似的強(qiáng)度極限值;硬度測定是用標(biāo)準(zhǔn)形狀和尺寸的較硬物體在一定壓力下接觸材料表面，測定材料在變形過程中表現(xiàn)出來的抗力，稱為硬度測試。用不同的載荷施加力的方法所得到的硬度是表現(xiàn)材料抵抗塑性變形的能力，肖氏硬度則表現(xiàn)了材料抵抗彈性變形的能力;日常中我們把載荷大于1kg測試力的稱為宏觀硬度，它主要用于較大的試件，希望通過硬度測試能夠反映材料的宏觀性能;載荷小于1kg測試力的稱為微觀硬度，它主要用于小而薄的試件，希望反映出微小領(lǐng)域內(nèi)的材料性能，如顯微組織的相硬度、材料的表面硬度。

顯微硬度計的測試原理基本和維氏硬度測試相同，所不同的是壓頭采用的是兩對面夾角為136°;底面為正方形的正四棱錐金剛石壓頭和一徑角為 ，橫斷角為 的金剛石錐形壓頭，即:克努普金剛石壓頭(入下圖)。顯微硬度計和維氏硬度計所用的載荷分別為:1kg、2kg、3kg、5kg、10kg、20kg、30kg、50kg、100kg、120kg等，常用的為1kg、2kg、5kg、10kg、30kg、50kg。載荷的大小主要取決于試件的厚度。測試的最終硬度是通過壓痕單位面積上所能承受的載荷來表示的。將選定的固定實驗力(載荷)壓入試樣表面，并經(jīng)過規(guī)定的保持時間(保荷)，然后卸除實驗力(卸荷)后，在試樣表面殘留出一個底面為正方形的正四棱錐或克努普壓痕，通過測微目鏡測量其對角線的長度，得到壓痕的面積，顯微硬度值就是實驗力與壓痕表面積的比值。

上圖為正四棱錐金剛石壓頭

采用正四棱錐金剛石壓頭的計算公式如下:

式中:F=所施加的載荷，單位為N;S=壓痕在試樣上的表面積;D為壓痕兩對角線長度;HV=顯微維氏硬度值。

公式的推導(dǎo):

則 ，式中:F單位:g;d單位:um。

φ角選擇136°是為了使維氏硬度得到一個成比例的并在較低硬度時與布氏硬度基本一致的硬度值。在布氏測試法臺規(guī)定0.25<d/D<0.5，最理想的d/D值是0.375, φ=44°,與此相對應(yīng)的金剛石正四棱錐的兩以面間夾角就是180°-44°=136°。

采用克努普金剛石壓頭的計算公式如下:

此時壓痕的長對角線與短對角線的長度之比是7.11。硬度值為:

式中F單位:N

d 為長對角線，單位:mm

公式的推導(dǎo):

式中:F單位:g;L單位:um。