維氏硬度計算機
依試驗負荷與壓痕對角線計算維氏硬度。
維氏硬度試驗
輸入施加的負荷,以及鑽石四角錐壓痕的兩條實測對角線長度。
關於維氏硬度
維氏硬度試驗用於量測材料抵抗永久壓痕的能力。將正四角錐形鑽石壓頭以已知負荷壓入經製備的表面,卸載後以光學系統量測正方形壓痕的兩條對角線。維氏硬度值通常記為HV,表示施力與壓痕斜面面積之間的關係。相同負荷下,較硬的材料通常產生較小壓痕,因此HV值較大。
本計算機取兩條對角線的平均值,套用HV = 1.8544 F / d²,其中F為以公斤力表示的試驗負荷,d為以毫米表示的平均對角線長度。係數1.8544包含維氏壓頭的幾何特性,其相對面夾角為136度。由於對角線長度以平方形式參與計算,量測誤差對硬度結果影響很大。仔細對焦、辨識邊緣及製備表面,是取得可靠結果的關鍵。
使用所示公式時,請以公斤力而非牛頓輸入負荷。若儀器以牛頓報告力量,輸入前應除以標準重力對應的換算值,約為每公斤力9.80665牛頓。兩條對角線皆須以毫米輸入;微米讀值應除以1,000。兩值應相當接近,差異過大可能表示壓痕變形、表面品質不佳、試片移動、異向性或讀值錯誤。取平均值可減少細微觀察差異,但不能修正無效試驗。
維氏試驗以相同壓頭幾何形狀搭配不同試驗力,因此涵蓋廣泛的硬度範圍。巨觀硬度試驗使用較大負荷;微硬度試驗則以小得多的力量檢測鍍層、相或薄截面。報告值通常應包含負荷標示與持荷條件,因為結果可能隨試驗力、試片厚度、壓痕間距及材料反應而變動。本計算機回傳數值HV比值,但無法判定壓痕是否符合特定標準的程序要求。
正式品質管制應依適用情況遵循ASTM E92、ASTM E384或ISO 6507等標準的現行試驗方法。確保試片厚度足夠、壓痕遠離邊緣且彼此保持距離、確認機台校正,並報告適當的有效位數。本工具適合核對運算、了解負荷與對角線尺寸如何影響硬度,以及在取得有效量測後輔助實驗室計算。
維氏硬度範例
硬度隨負荷增加而上升,隨平均對角線長度的平方增加而下降。
| 量測值 | 硬度 | 說明 |
|---|---|---|
| 10 kgf,對角線0.500與0.500 mm | 74.176 HV | 兩條對角線相等,平均值為0.500 mm。 |
| 100 kgf,對角線1.000與1.000 mm | 185.44 HV | 較大的負荷與壓痕。 |
| 30 kgf,對角線0.300與0.320 mm | 578.897 HV | 計算採用0.310 mm的平均值。 |
如何計算維氏硬度
- 以公斤力輸入施加的試驗負荷。
- 量測並以毫米輸入壓痕的兩條對角線。
- 確認兩條對角線讀值足夠接近,符合有效試驗要求。
- 選擇「計算硬度」,取得HV與平均對角線長度。
常見問題
HV代表什麼?
HV表示根據鑽石四角錐壓痕計算的維氏硬度值。數值越大,通常表示材料越能抵抗塑性壓入變形。
為什麼要量測兩條對角線?
有效的維氏壓痕應近似正方形,但量測與材料因素可能造成細微差異。取兩條對角線平均值,即可得到標準公式使用的尺寸。
可以用牛頓輸入負荷嗎?
不能直接輸入,因為本計算機的幾何係數要求公斤力。將牛頓值除以約9.80665即可換算為公斤力。
為什麼微小的對角線誤差也很重要?
平均對角線在硬度公式的分母中以平方形式出現。因此,即使不大的讀值誤差,也可能明顯改變計算出的HV值。
HV值與試驗負荷無關嗎?
理想上,適當負荷下的硬度應具有可比性,但壓痕尺寸效應與試驗條件可能造成變動。正式報告應註明施加負荷,並遵循相關標準。