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维氏显微硬度计基本原理

材料硬度是一个重要的力学性能指标，他能反映材料弹性和塑性变形的特性指标。硬度测定时试样制备简单，试样基本不被破坏，接近无损检测，在不同尺寸与形状的试样上测定时，操作简便，测量速度快，并且硬度与强度之间有着相似的换算关系，根据硬度值能够得出近似的强度极限值;硬度测定是用标准形状和尺寸的较硬物体在一定压力下接触材料表面，测定材料在变形过程中表现出来的抗力，称为硬度测试。用不同的载荷施加力的方法所得到的硬度是表现材料抵抗塑性变形的能力，肖氏硬度则表现了材料抵抗弹性变形的能力;日常中我们把载荷大于1kg测试力的称为宏观硬度，它主要用于较大的试件，希望通过硬度测试能够反映材料的宏观性能;载荷小于1kg测试力的称为微观硬度，它主要用于小而薄的试件，希望反映出微小领域内的材料性能，如显微组织的相硬度、材料的表面硬度。
维氏显微硬度计的测试原理基本和维氏硬度测试相同，所不同的是压头采用的是两对面夹角为136°;底面为正方形的正四棱锥金刚石压头和一径角为，横断角为的金刚石锥形压头，即:克努普金刚石压头(入下图)。显微硬度计和维氏硬度计所用的载荷分别为:1kg、2kg、3kg、5kg、10kg、20kg、30kg、50kg、100kg、120kg等，常用的为1kg、2kg、5kg、10kg、30kg、50kg。载荷的大小主要取决于试件的厚度。测试的*终硬度是通过压痕单位面积上所能承受的载荷来表示的。将选定的固定实验力(载荷)压入试样表面，并经过规定的保持时间(保荷)，然后卸除实验力(卸荷)后，在试样表面残留出一个底面为正方形的正四棱锥或克努普压痕，通过测微目镜测量其对角线的长度，得到压痕的面积，显微硬度值就是实验力与压痕表面积的比值。
采用正四棱锥金刚石压头的计算公式如下:
式中:F=所施加的载荷，单位为N;S=压痕在试样上的表面积;D为压痕两对角线长度;HV=显微维氏硬度值。
公式的推导:
则，式中:F单位:g;d单位:um。
φ角选择136°是为了使维氏硬度得到一个成比例的并在较低硬度时与布氏硬度基本一致的硬度值。在布氏测试法台规定0.25<d/D<0.5，*理想的d/D值是0.375, φ=44°,与此相对应的金刚石正四棱锥的两以面间夹角就是180°-44°=136°。
采用克努普金刚石压头的计算公式如下:
此时压痕的长对角线与短对角线的长度之比是7.11。硬度值为: 式中F单位:N，d 为长对角线，单位:mm
公式的推导:
式中:F单位:g;L单位:um。
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