🔩 金属及涂层的维氏硬度——棱锥压头，测量压痕对角线
三句话速览
将正四棱锥形金刚石压头（相对面夹角136°）压入试样表面，卸除试验力后测量压痕对角线；硬度HV ≈ 0。该检测依据 PN-EN ISO 6507-1:2024-04；试验力范围：F ≥ 49.03 N（HV 5及以上）；1.961 N ≤ F < 49.03 N（小力值）；0.009807 N ≤ F < 1.961 N（显微硬度）。整个程序共 8 个步骤；主要用于：钢、铸钢、有色金属和硬质合金的硬度测量、评价热处理和化学热处理（淬火、回火、渗碳、渗氮）的效果、根据横截面上的硬度分布确定硬化层深度。
要点速览
- 标准: PN-EN ISO 6507-1:2024-04
- 类别: 材料与无损检测
- 操作步骤数: 8
- 压头: 金刚石，正四棱锥，相对面夹角名义值136°
- 试验力范围: F ≥ 49.03 N（HV 5及以上）；1.961 N ≤ F < 49.03 N（小力值）；0.009807 N ≤ F < 1.961 N（显微硬度）
- 典型试验力: HV 5 — 49.03 N；HV 10 — 98.07 N；HV 20 — 196.1 N；HV 30 — 294.2 N（推荐用于硬质合金）；HV 50 — 490.3 N；HV 100 — 980.7 N
概述
本标准规定了三个试验力范围的维氏硬度试验方法，适用于金属材料——包括硬质合金——以及金属涂层和其他无机涂层。本方法适用于压痕对角线长度0.020 mm至1.400 mm；由更小压痕测定硬度不在本标准范围内，因为光学测量的局限和压头顶端几何形状的缺陷会使结果带有很大的不确定度（更小压痕适用ISO 14577-1）。
第五版ISO 6507-1:2023与ISO 4545-1:2023一起取代了ISO 4516:2002、ISO 4545-1:2017和ISO 6507-1:2018；范围扩展到金属涂层和其他无机涂层（电沉积、自催化沉积、喷涂涂层以及铝上的阳极氧化涂层），涂层的要求汇集在附录H中。本方法不适用于垂直于涂层表面测量时厚度小于0.030 mm、在横截面上测量时厚度小于0.100 mm的涂层。
试验力范围：F ≥ 49.03 N的维氏硬度试验（符号HV 5及以上），1.961 N ≤ F < 49.03 N的小力值试验（HV 0.2至HV 5以下），以及0.009807 N ≤ F < 1.961 N的显微硬度试验（HV 0.001至HV 0.2以下）。在卢布林理工大学的实验课中，本方法在HPO-250型硬度计（维氏-布氏）上进行，试样为经退火、淬火、回火、渗碳和渗氮的钢以及硬质合金。
方法原理
将正四棱锥形、顶端相对面之间具有规定夹角（名义值α = 136°）的金刚石压头压入试样表面，卸除试验力F后测量表面残留压痕的对角线长度。维氏硬度与试验力和压痕斜面面积之商成正比，压痕被视为与压头顶角相同的正四棱锥：HV = (1/gn) · 2F·sin(α/2)/d²，对于名义角α = 136°，近似为HV ≈ 0.1891 · F/d²，其中d为两条对角线的算术平均值（毫米），gn = 9.80665 m/s²（kgf换算为N的系数）。为减小不确定度，可按压头的实际平均角度计算硬度。
应用领域
- 钢、铸钢、有色金属和硬质合金的硬度测量
- 评价热处理和化学热处理（淬火、回火、渗碳、渗氮）的效果
- 根据横截面上的硬度分布确定硬化层深度
- 金属涂层和无机涂层的硬度检验，包括在横截面上
- 研究材料组织与硬度之间的关系（实验课、材料检验）
关键参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 压头 | 金刚石，正四棱锥，相对面夹角名义值136° |
| 试验力范围 | F ≥ 49.03 N（HV 5及以上）；1.961 N ≤ F < 49.03 N（小力值）；0.009807 N ≤ F < 1.961 N（显微硬度） |
| 典型试验力 | HV 5 — 49.03 N；HV 10 — 98.07 N；HV 20 — 196.1 N；HV 30 — 294.2 N（推荐用于硬质合金）；HV 50 — 490.3 N；HV 100 — 980.7 N |
| 对角线范围 | 0.020 mm至1.400 mm；测量系统分辨力：d < 0.080 mm时为0.0004 mm，d ≥ 0.080 mm时为d的0.5 % |
| 试样厚度 | 至少为压痕对角线长度的1.5倍（硬质合金：最小1 mm）；试验后试样背面无可见变形 |
| 试验温度 | 10 °C至35 °C；受控条件下(23 ± 5) °C |
标准
- 标准编号
- PN-EN ISO 6507-1:2024-04
- 标准名称（波兰语）
- Metale — Pomiar twardości sposobem Vickersa — Część 1: Metoda badania
- 标准名称（英语）
- Metallic materials — Vickers hardness test — Part 1: Test method
分步操作程序
-
表面制备
试验应在光滑平整、无氧化皮和污染物并完全脱脂的表面上进行。制备时应避免因受热或冷作硬化而改变表面硬度；显微硬度试验推荐抛光或电解抛光。对硬质合金，去除层不少于0.2 mm。
-
选择条件
根据试样或被测层的厚度及预期硬度选择允许的最大试验力（最小厚度见标准附录A）；试验力必须使对角线不短于0.020 mm。确定试验力保持时间、压痕之间及压痕与试样边缘的最小距离以及对角线测量的准确度。
-
定期检查
按附录C的检查应在使用前一周内对所用的每一试验力进行（推荐在试验当天），更换压头后必须检查，更换试验力后推荐检查。
-
放置试样
将试样放在表面清洁的刚性支座上，使其在加载过程中不能移动。弯曲试样应适当支撑；对各向异性材料，应考虑两条对角线长度可能不同。
-
试测与压痕
按硬度计说明书至少进行一次试测，然后在每个试样上打3个压痕（卢布林理工大学实验课的做法）。
-
测量对角线
测量每个压痕的两条对角线，准确至±0.001 mm；计算硬度时采用一个压痕两条对角线的算术平均值。
-
计算硬度
按公式（HV ≈ 0.1891 · F/d²）计算HV或查表；对圆柱面或球面，采用标准表B.1–B.6的修正值。
-
报告
以表格给出结果，附标明测量位置的试样示意图、试验条件的选择和误差讨论；按标准的报告还应给出表面曲率（如采用了修正）以及温度（如试验在10–35 °C范围外进行）。
所需设备与仪器
| 设备 | 示例 | 参考价格 |
|---|---|---|
| 维氏硬度计 | 能按ISO 6507-2施加规定的试验力；卢布林理工大学实验课使用HPO-250型（维氏-布氏），最大载荷2452 N | — |
| 金刚石压头 | 符合ISO 6507-2的正四棱锥 | — |
| 对角线测量系统 | 带分划板的显微镜或摄像头；放大倍数应使对角线占视场的25 %以上但小于75 % | — |
| 刚性载物台和支座 | 清洁，无氧化皮和污染物；小截面试样用夹具或像金相试样那样镶嵌 | — |
| 硬度标准块 | 用于按标准附录C进行的定期检查 | — |
| 试样制备台 | 磨床、粒度100–800的砂纸、金刚石悬浮液抛光或电解抛光 | — |
职业健康与安全
- 金刚石压头和加载机构——手指不要伸到压杆下方，试样应牢固固定在载物台上
- 试样磨削和抛光：金属粉尘和磨料粉尘——戴防护眼镜，使用抽风或水循环
- 试样和金相试样的锐边——搬运时戴手套
- 投影灯和显微镜照明——不要直视光源
常见问题
该检测依据哪项标准？
该检测依据的标准为 PN-EN ISO 6507-1:2024-04 — 《Metallic materials — Vickers hardness test — Part 1: Test method》。
该方法的原理是什么？
将正四棱锥形、顶端相对面之间具有规定夹角（名义值α = 136°）的金刚石压头压入试样表面，卸除试验力F后测量表面残留压痕的对角线长度。维氏硬度与试验力和压痕斜面面积之商成正比，压痕被视为与压头顶角相同的正四棱锥：HV = (1/gn) · 2F·sin(α/2)/d²，对于名义角α = 136°，近似为HV ≈ 0.
测量范围和准确度是多少？
压头：金刚石，正四棱锥，相对面夹角名义值136°；试验力范围：F ≥ 49.03 N（HV 5及以上）；1.961 N ≤ F < 49.03 N（小力值）；0.009807 N ≤ F < 1.961 N（显微硬度）；典型试验力：HV 5 — 49.03 N；HV 10 — 98.07 N；HV 20 — 196.1 N；HV 30 — 294.2 N（推荐用于硬质合金）；HV 50 — 490.3 N；HV 100 — 980.7 N；对角线范围：0.020 mm至1.400 mm；测量系统分辨力：d < 0.080 mm时为0.0004 mm，d ≥ 0.080 mm时为d的0.5 %。
完成检测需要多长时间？
整个程序共 8 个步骤。标准未对每个步骤给出时长——实际用时取决于实验室自身的操作程序。
需要哪些设备？
维氏硬度计、金刚石压头、对角线测量系统、刚性载物台和支座、硬度标准块、试样制备台。
该检测用于哪些场景？
钢、铸钢、有色金属和硬质合金的硬度测量；评价热处理和化学热处理（淬火、回火、渗碳、渗氮）的效果；根据横截面上的硬度分布确定硬化层深度；金属涂层和无机涂层的硬度检验，包括在横截面上；研究材料组织与硬度之间的关系（实验课、材料检验）。
需要采取哪些安全防护措施？
金刚石压头和加载机构——手指不要伸到压杆下方，试样应牢固固定在载物台上；试样磨削和抛光：金属粉尘和磨料粉尘——戴防护眼镜，使用抽风或水循环；试样和金相试样的锐边——搬运时戴手套；投影灯和显微镜照明——不要直视光源。
哪家实验室可以开展此项检测？
该检测由通过 ISO/IEC 17025 认可的实验室开展。在 LabCoda 上可按标准编号检索 PN-EN ISO 6507-1。