维氏硬度检测是一种应用极为广泛的微观硬度测试方法。它以其高精度和广泛的适用性而著称。

一、 核心原理

维氏硬度的原理非常简单且巧妙：

用一个相对面夹角为136°的正四棱锥形金刚石压头，在一定的载荷（力）下压入试样表面，保持规定时间后卸除载荷。然后测量压痕两条对角线的长度，通过公式计算出硬度值。

二、主要特性

硬度值连续统一：由于压头几何形状的特性，维氏硬度值在整个硬度范围内）是一个连续的标尺，不同载荷下的测试结果理论上可以相互比较。这是它相对于洛氏硬度（不同标尺无法直接比较）的巨大优势。

精度高，重复性好：测量的是对角线长度，而非压痕深度，因此精度非常高。

适用范围极广：通过变换测试力，既可测试大型工件的宏观硬度，也可测试细小零件、表面镀层、渗氮层、材料微观组织的微观硬度。

对样品损伤小：压痕为正方形，轮廓清晰，便于测量，且属于相对微损检测。

操作繁琐：需要专门的金刚石压头，并且必须通过光学系统精确测量压痕对角线的长度，对操作人员要求较高。

效率较低：相对于直接读取的洛氏硬度，维氏需要加载、保载、卸载、测量、计算等多个步骤，测试速度较慢。

对样品表面质量要求高：样品表面必须经过精细的抛光处理，否则压痕轮廓不清晰，会导致测量误差。

三、 测试流程

样品制备：这是关键的第一步。样品表面必须光滑、平整、无油污。通常需要进行打磨、抛光，甚至腐蚀（如果观察显微组织）。

选择试验力：根据样品的硬度、厚度和测试目的选择合适的试验力。常见的力值从10gf (克力) 到 100kgf (千克力) 不等。

显微维氏硬度：通常使用 ≤1 kgf 的试验力，用于测试微小区域。

宏观维氏硬度：使用 ≥1 kgf 的试验力。

进行测试：

将样品平稳放在载物台上。

选择好载荷和保载时间（通常10-15秒）。

启动设备，压头自动完成加载-保载-卸载的过程。

测量压痕：卸载后，样品表面留下一个精致的菱形压痕。通过显微镜目镜或CCD摄像头成像，测量两条对角线的长度（d₁和d₂），并取平均值（d）。

计算硬度值：维氏硬度值（HV）通过以下公式计算：

HV = 常数 × 试验力 / 压痕表面积 ≈ 0.1891 × F / d²

F：试验力（单位：kgf）

d：压痕两条对角线的算术平均值（单位：mm）

现代硬度计会自动完成计算，直接显示HV值。

表示方法示例：640 HV 30/20

640：维氏硬度值

HV：维氏硬度符号

30：使用的试验力为30 kgf

20：保载时间为20秒（若时间为10-15秒，通常省略不写）

四、 主要应用领域

表面硬化层深度测量：如渗碳层、渗氮层、淬火硬化层的硬度梯度测定。这是其最重要的应用之一。

微小及薄形零件的硬度测试：如细小轴、薄片、箔材。

材料微观组织的硬度测试：在金相显微镜下，选择特定的相（如铁素体、奥氏体、碳化物）进行硬度测试。

镀层、涂层性能评价：测试电镀层、喷涂层的硬度，评估其耐磨性。

质量控制与材料研究：用于精确比较不同热处理工艺、不同批次材料的硬度差异。

五、 注意事项

样品厚度：样品厚度至少应为压痕对角线长度的1.5倍以上。

压痕间距：相邻两个压痕之间的距离，以及压痕到样品边缘的距离，应至少为压痕对角线长度的2.5倍以上，以避免加工硬化影响。

标准依据：测试需遵循相关国际或国家标准，如 ASTM E92 或 ISO 6507