顯微硬度計(jì)的工作原理

硬度是一個(gè)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(cè)定時(shí)試樣制備簡(jiǎn)單，試樣基本不被破壞，接近無損檢測(cè)，在不同尺寸與形狀的試樣上測(cè)定時(shí)，操作簡(jiǎn)便，測(cè)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(cè)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(cè)定材料在變形過程中表現(xiàn)出來的抗力，稱為硬度測(cè)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(cè)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(cè)試能夠反映材料的宏觀性能;載荷小于1kg測(cè)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(jì)的測(cè)試原理基本和維氏硬度測(cè)試相同，所不同的是壓頭采用的是兩對(duì)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(jì)和維氏硬度計(jì)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(cè)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(shí)驗(yàn)力(載荷)壓入試樣表面，并經(jīng)過規(guī)定的保持時(shí)間(保荷)，然后卸除實(shí)驗(yàn)力(卸荷)后，在試樣表面殘留出一個(gè)底面為正方形的正四棱錐或克努普壓痕，通過測(cè)微目鏡測(cè)量其對(duì)角線的長(zhǎng)度，得到壓痕的面積，顯微硬度值就是實(shí)驗(yàn)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(jì)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(duì)角線長(zhǎng)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(gè)成比例的并在較低硬度時(shí)與布氏硬度基本一致的硬度值。在布氏測(cè)試法臺(tái)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(duì)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(jì)算公式如下:

此時(shí)壓痕的長(zhǎng)對(duì)角線與短對(duì)角線的長(zhǎng)度之比是7.11。硬度值為:

式中F單位:N

d 為長(zhǎng)對(duì)角線，單位:mm

公式的推導(dǎo):

式中:F單位:g;L單位:um。