金属材料与热处理校本教材上交材料.docx

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金属材料与热处理校本教材上交材料

绪论

一、金属材料与热处理的发展史

三、本课程的主要内容及学习目的

二、金属材料与热处理在现代科学技术中的作用和地位

第一章金属的性能

第一节金属及金属材料的分类

第二节金属的力学性能

第三节金属的工艺性能

第二章金属的晶体结构与结晶

第一节金属的晶体结构

第二节金属的结晶

第三节金属的同素异构转变

第三章铁碳合金

第一节铁碳合金的基本组织

第二节铁碳合金相图及其应用

第四章碳素钢

第一节杂质元素对碳素钢性能的影响

第二节碳素钢的分类

第三节碳素钢的牌号、性能及用途

第五章钢的热处理

第一节钢在加热时的组织转变

第二节钢在冷却时的组织转变

第三节钢的退火与正火

第四节钢的淬火

第五节钢的回火

第六章合金钢

第一节合金元素对钢的影响

第二节合金钢的分类和牌号

第三节合金结构钢

第四节合金工具钢

第五节特殊性能钢

第七章铸铁

第一节铸铁的基础知识

第二节灰铸铁

第三节可锻铸铁

第四节球墨铸铁

第八章有色金属及其合金

第一节铝及铝合金

第二节铜及铜合金

第三节钛及钛合金

金属材料与热处理

绪论

1.金属材料与热处理的发展史

人类社会发展的历史证明，材料是人类生存、发展以及改造自然的物质基础，材料是人类文明大厦的基石。

纵观人类利用材料的历史，在遥远的古代，我们的祖先是以石器为主要工具;公元前4300年，人类就能够使用自然的金、铜，并有一些锻打、热加工等形式的工艺。

人类最早使用的铁是陨铁，是从篝火中发现的。

铁的熔炼大约在公元前2800年，最早生产钢的年代难以确定，最初的钢是由熟铁渗碳得到的。

人类使用铁器的时间在世界各地有所不同，我国在公元前6世纪已经出现了生铁制品。

金属材料的使用，在人类社会发展史中具有划时代的意义。

2.金属材料与热处理在现代科学技术中的作用和地位

当今国际社会公认，材料、能源和信息技术是现代文明的三大支柱。

从现代科学技术发展史中可以看到，每一项重大的技术发明往往都有赖于新材料的发展。

在人类使用的众多材料中，金属材料以其所特有的各种优异性能，被广泛地应用于生活和生产中，是现代工业和科学技术领域不可缺少的重要材料。

在21世纪金属材料仍将占有重要地位，其主要原因是:

①金属材料资源丰富，在相当长时间内不会枯竭，在海洋和地壳深处都还蕴藏着大量的金属矿物有待开发;②金属材料有非常成熟的生产工艺、相当大的生产规模、相当多的生产加工设施和长期的使用经验，已经成为国民经济和社会发展的重要基础材料;③金属材料具有优异的综合性能，是高分子材料和陶瓷材料无法替代的;④金属材料仍具有很大的改进和发展空间，其新技术和新产品在不断增加，材料质量在不断提高。

热处理是通过改变金属材料的组织或改变表面成分及组织，使其性能发生变化的一种加工工艺。

热处理是决定产品性能、寿命和可靠性的关键，热处理水平是制造业竞争力的核心要素之一。

利用热处理技术优势，充分发挥材料潜力，引领新产品的开发是装备制造业自主创新的重要途径。

然而，我国热处理水平与国际先进水平存在很大差距，热处理技术落后已成为我国制造业由大变强的瓶颈。

抓好热处理是我国制造业由大变强的必由之路。

3.本课程的主要内容及学习目的

本课程的主要内容由金属的性能、金属学、热处理、金属材料几部分组成。

根据培养高级技工人才的需要，还对机械零件的选材、工艺路线分析、典型零件热处理分析及热处理设备和新工艺等方面作了适当的介绍。

本课程的学习目的包括以下几个方面:

（1）在金属性能方面掌握金属材料的力学性能，即在外力作用下所表现出来的性能，了解金属材料的工艺性能。

（2）在金属学方面了解金属和合金的组织结构、结晶过程以及二元合金相图、铁碳合金及其相图的基本理论，为进一步学习热处理和金属材料知识打下基础。

（3）在热处理方面掌握钢铁热处理的基本原理和方法以及热处理工序在零件加工过程中的作用和位置，以便能根据零件的技术条件选定热处理方法，合理安排零件的加工路线。

（4）在金属材料方面掌握常用的碳素钢、合金钢、铸铁、有色金属及硬质合金等材料的成分、组织、性能和用途的基本知识，以便能合理选用金属材料并确定其工艺路线。

第一章金属的性能

知识目标:

·掌握金属材料的力学性能。

·熟悉金属材料的工艺性能。

技能目标:

·掌握金属材料力学性能的衡量指标，包括强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。

·正确分析影响金属材料工艺性能的因素。

金属材料是现代机械制造业的基本材料，由于它具有许多良好的性能，被广泛地应用于各个领域。

金属材料的性能包含使用性能和工艺性能两个方面。

所谓使用性能，是指金属材料在使用条件下所表现出来的性能，它包括物理性能（密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等）和力学性能等。

金属材料使用性能的好坏决定了它的使用范围与使用寿命，其中力学性能是零件设计和选材时的主要依据。

所谓工艺性能，是指金属材料在加工制造过程中所表现出来的性能，是对不同加工工艺方法的适应能力，它包括铸造性能、焊接性能、压力加工性能、切削加工性能、热处理性能等。

第一节金属及金属材料的分类

所谓金属，是指由单一元素构成的具有特殊光泽以及一定的延展性、导电性、导热性的物质，如金、银、铜、铁、铝、锰、锌等。

而合金是指由一种金属元素与其他金属元素或非金属元素通过熔炼或其他方法合成的具有金属特性的材料。

金属材料是金属及其合金的总称，即金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的物质。

金属材料通常分为三大类，即黑色金属材料、有色金属材料和特种金属材料。

一、黑色金属

黑色金属又称为钢铁材料，包括工业纯铁、碳钢、铸铁，以及各种用途的合金结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。

广义的黑色金属还包括锰（Mn）、铬（Cr）以及它们的合金。

黑色金属的命名来源于钢铁表面常常被一层黑色的Fe304膜覆盖，而锰和铬常用来与铁制成合金钢，故将锰和铬与铁一起统称为黑色金属。

二、有色金属

有色金属是指除了铁、铬、铬以外的所有金属及其合金，通常又将其分为轻金属、重金属、贵金属、稀有金属等。

有色金属中除了金为黄色，铜为赤红色以外，多数呈银白色。

有色金属合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。

（1）重金属一般是指ρ>4.5g/cm3的有色金属，包括元素周期表中的大多数过渡元素，如铜（Cu）、锌（Zn）、镍（Ni）、钴（Co）、钨（W）、钼（Mo）、镉（Cd）及汞（Hg）等，此外，锑（Sb）、铋（Bi）、铅（Pb）及锡（Sn）等也属于重金属。

重金属主要用作各种用途的镀层及多元合金。

（2）轻金属ρ<4.5g/cm3的有色金属称为轻金属，如铝（Al）、镁（Mg）、钙（Ca）、钾（K）、钠（Na）、铯（Cs）等。

工业上常采用电化学或化学方法对Al、Mg及其合金进行加工处理，以获得各种优异的性能。

（3）贵金属是指物理、化学性质稳定，地壳中蕴藏量少、价格昂贵或具有雍容华贵外观的有色金属，共有金（Au）、银（Ag）、铅（Pt）、铑（Rh）、钯（Pd）、铱（Ir）、钌（Ru）和锇（Os）八种。

工业上常采用电镀方法在价格便宜的基体上获得贵金属的薄镀层，以满足高稳定性、电接触性能以及贵重装饰品的需求。

（4）稀有金属一般是指在自然界中含量较少、分布稀散及研究应用较少的有色金属。

稀有金属包括稀土金属、放射性稀有金属、稀有贵金属、稀有轻金属、难溶稀有金属及稀有分散金属等。

1.1.3特种金属

特种金属包括不同用途的结构金属和功能金属，其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等;还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。

第二节金属的力学性能

金属的力学性能是指金属在外力作用下抵抗变形和破坏的能力，主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等性能指标。

金属材料的力学性能是非常重要的，机械设备及工具设计制造中的材料选择大多以力学性能为主要依据，力学性能也是评定金属材料质量的主要判据，还是对产品加工过程实施质量控制的重要参数。

所以，熟悉和掌握金属材料的力学性能具有重要的意义。

1.载荷

金属材料在加工或使用过程中所受的外力称为载荷。

根据作用形式不间，可将载荷分为

拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷、扭转载荷等，如图1-1所示。

根据作用性质不同可将载荷分为静载荷、冲击载荷和交变载荷兰种。

（1静载荷是指大小不变或变化缓慢的载荷，如静拉力、静压力等。

（2）冲击载荷是指在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。

（3）交变载荷是指大小、方向或大小和方向随时间而发生周期性变化的载荷。

图1-1载荷的作用形式

a）拉伸载荷b）压缩载荷c）弯曲载荷d）剪切载荷e）扭转载荷

2.变形

金属材料在外力作用下所发生的几何形状和尺寸的变化称为变形。

按去除载荷后变形能否完全回复，可将变形分为弹性变形和塑性变形两种。

（1）弹性变形是指随载荷的去除而消失的变形。

（2）塑性变形也称为永久变形，是指不能随载荷的去除而消失的变形。

3.应力

金属材料受外力作用时，为了保持不变形，材料内部的原子之间因相互作用而产生的与外力相对抗的力称为内力。

单位面积上的内力称为应力，用R表示，其计算公式如下

R=

（1-1）

式中R——应力，单位为MPa（1Pa=1N/m2;1MPa=lN/mm2=106Pa）;

F——外力，单位为N（外力的大小等于内力）;

S——面积，单位为mm2。

1.2.1强度

材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度，其大小通常用应力来表示。

根据载荷作用方式不同，可将强度分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗扭强度等。

一般情况下，多以屈服强度和抗拉强度作为判别强度高低的重要依据。

抗拉强度和塑性是通过拉伸试验测定的。

拉伸试验方法是将被测金属试样装夹在拉伸试验机（图1-2）上，在试样两端缓慢施加轴向拉伸载荷，观察试样的变形情况，同时连续测量外力和相应的伸长量，直至试样断裂，根据测得的数据即可计算出有关的力学性能。

1.拉伸试样

国家标准GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分:

室温试验方法》对试样的形状、尺寸及加工要求均有明确的规定。

图1-3所示为圆形拉伸试样，其中，d。

为标准试样的原始直径;L。

为标准试样的原始标距长度。

标准拉伸试样的比例系数k=5.65（Lo=k

）;即Lo=5do;当以此比例系数获得的原始标距长度Lo小于15mm时，应优先选用k=11.3的比例试样（Lo=10do）。

拉伸试样可分为长试样（Lo=10do）和短试样（Lo=5do）两种。

图1-2拉伸试验机图1-3圆形拉伸试样

a）拉伸前b）拉断后

三、拉伸曲线

做拉伸试验时，通过拉伸试验机将载荷和试样伸长量的变化自动记录下来，并绘制成曲线。

所绘制的曲线是以载荷为纵坐标，以试样的伸长量为横坐标，能够反应拉伸载荷F与伸长量ΔL之间的关系曲线，称为拉伸曲线，也称为力-伸长曲线。

图1-4所示为低碳钢试样的力，伸长曲线，图中纵坐标表示力F（N），横坐标表示试样伸长量ΔL（mm）。

图1-4低碳铜试样的力·伸长曲线

低碳钢在拉伸试验过程中，明显地出现以下几个变形阶段:

（1）Oe弹性变形阶段在此阶段，试样变形完全是弹性的，试样的伸长量与拉伸力成正比，此时如果卸除载荷，试样即恢复原状。

Fe为试样弹性变形时的最大载荷。

（2）ss'屈服阶段当应力超过弹性极限继续增加达到s点载荷时，在试样表面上可看到表征金属晶体滑移的迹象。

此时，在外力不增加或略有减小的情况下，试样变形继续进行，该现象称为屈服现象，拉伸力Fs称为屈服载荷。

屈服后，材料开始出现明显的塑性变形。

（3）s’b强化阶段当拉伸力超过屈服载荷F，后，试样材料因发生明显塑性变形，其内部晶体组织结构重新得到了排列调整，抵抗变形的能力有所增加，伸长变形也随之增加，拉伸曲线形成s’b曲线段，称为试样材料的强化阶段。

在此阶段随着变形程度的增加，试样变形抗力也随之增加，这种现象称为形变强化（或加工硬化），Fm为拉伸试样承受的最大载荷。

（4）bz缩颈阶段当拉伸力达到Fm以后，变形主要集中于试样的某一局部区域，在该区域试样的横截面积急剧缩小，这种特征称为缩颈现象。

由于缩颈使试样局部截面积减小，导致试验力随之降低，直至试样在缩颈处断裂。

z点为断点。

图1-5所示为拉伸试样的缩颈现象。

工业上所使用的金属材料在进行拉伸试验时，其载荷与变形量之间的关系并非都与上述

情况相同。

例如高碳钢等，在拉伸试验时没有屈服现象，所测得的力，伸长曲线如图1-6所示。

图1-5拉伸试样的缩颈现象图1-6高碳钢试样的力-伸长曲线

有些脆性材料，不仅没有屈服现象，而且也不产生缩颈，如铸铁。

图1-7所示为铸铁的力-伸长曲线。

四、弹性极限和刚度

（1）弹性极限是指金属材料由弹性变形过渡到弹·塑性变形时的应力。

应力超过弹性极限以后，金属材料便开始产生塑性变形。

弹性极限表征金属材料产生弹性变形的能力，是衡量金属材料最大弹性变形的抗力指标。

弹性极限用符号σe表示，其计算公式如下

σe=

（2-1）

式中σe——弹性极限，单位为MPa;图1-7铸铁的力-伸长曲线

Fe——发生最大弹性变形时所对应的载荷，单位为N

S。

——试样原始横截面积，单位为mm2。

（2）刚度是指金属材料在承受载荷时抵抗弹性变形的能力，用弹性模量E来衡量。

E越大，金属材料的刚度越大，在一定应力作用下产生的弹性变形越小。

4.强度指标

（1）屈服强度和条件屈服强度屈服强度是指试样在拉伸试验过程中，当载荷达到Fs后不再增加，但试样仍然能够继续伸长时的应力。

屈服强度分为上屈服强度Reu和下屈服强度ReL，在工程设计和计算中，一般用下屈服强度代表其屈服强度，单位为MPa。

屈服强度的计算公式如下

式中ReL——屈服强度，单位为MPa;

FeL——试样屈服时的载荷，单位为N;

S0——试样原始横截面积，单位为mm2。

对于无明显屈服现象的材料，国家标准规定，用规定塑性延伸强度（Rp）表示，即表示试样卸除载荷后，其标距部分的残余伸长率达到0.2%（图1-8）时的应力，其计算公式如下

式中Rp——规定塑性延伸强度，单位为MPa;

F0.2——残余伸长率达到0.2%时的载荷，单位为N;

S0——试样原始横截面积，单位为mm2。

机械零件在使用时一般不允许发生塑性变形，所以屈服强度图1-8残余伸长应力RpReL和条件屈服强度Rp0.2都是衡量金属材料塑性变形抗力的指标，是机械零件设计和选材的主要依据，也是评定金属材料承载能力的重要力学性能指标。

（2）抗拉强度抗拉强度是指试样在拉断前所承受的最大应力，用符号Rm表示，其计算公式如下

Rm=

式中Rm——抗拉强度，单位为MPa;

Fm——试样在拉断前所承受的最大载荷，单位为N;

So——试样原始横截面积，单位为mm2。

抗拉强度Rm表示材料在静拉力作用下的最大承载能力。

零件在工作中所承受的应力不应超过抗拉强度，否则会导致断裂，所以抗拉强度也是机械零件设计和选材的重要依据。

1.2.2塑性

1.塑性的概念

塑性是指金属材料在断裂前产生塑性变形的能力。

金属材料在静拉伸载荷作用下都会产生变形，包括弹性变形和塑性变形，当载荷达到一定数值时金属材料就会断裂。

检查断裂后的结果，发现金属材料都存在不同程度的残余变形，即发生了塑性变形。

断裂前塑性变形量大的材料，其塑性好;反之则塑性差。

2.塑性的衡量指标

塑性通常用断后伸长率和断面收缩率来表示。

（1）断后伸长率试样拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比称为断后伸长率，用符号A表示，其计算公式如下

式中——断后伸长率，单位为%;

Lu——拉断对接后的标距长度，单位为mm;

Lo——试样原始标距长度，单位为mm。

同一材料的试样长短不同，测得的断后伸长率也不同。

长、短试样的断后伸长率分别用符号A10和Au表示，习惯上A10也写成A。

（2）断面收缩率试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称

为断面收缩率，用符号Z表示，其计算公式如下

（1-7）

式中Z——断面收缩率，单位为%;

So——试样原始横截面积，单位为mm2;

Su——试样拉断后缩颈处的横截面积，单位为mm2。

金属材料的断后伸长率A和断面收缩率Z的数值越大，表示材料的塑性越好。

塑性好的材料易于塑性变形，可以加工成形状复杂的零件。

例如，低碳钢的塑性好，可通过锻压加工成形。

另外，塑性好的材料在受力过大时首先产生塑性变形而不致突然断裂，因此大多数机械零件除了要求具有足够的强度外，还应具有一定的塑性。

例1-1某厂购进一批45钢，按国家标准规定，力学性能应符合如下要求:

Rel≥335MPa，Rm≥600MPa，A5≥16%，Z≥40%。

入厂检验时采用d=10mm短试样进行拉伸试验，测得FeL=28900N，Fm=47530N，Lu=60.5mm，du=7.5mm。

试列式计算其强度和塑性，并确认该钢材是否符合要求。

1）求So和Su

S0=

πd2=

Su=

πd2=

2）计算ReL和Rm

ReL=

=

=368.2MPa>335MPa

Rm=

=

=605.48MPa>600MPa

3）计算A5和Z0

AS=

=

21%>16%

Z=

=

43.75%>40%

答:

试验测得该批钢的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率均大于规定要求，所以这批钢材合格。

1.2.3硬度

硬度是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。

硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标。

硬度是各种零件和工具必须具备的力学性能，机械制造业中所用的刃具、量具、模具等都应具备足够的硬度，才能保证其使用性能和使用寿命。

有些机械零件如齿轮、曲轴等，也要具有一定的硬度，以保证足够的耐磨性和使用寿命。

另外，硬度是一项综合力学性能指标，其数值可间接地反映金属的强度及金属在化学成分、金相组织和热处理方法上的差异，因此，硬度是金属材料的一项重要的力学性能指标。

常用的硬度测试方法是压人法，主要有布氏硬度试验法、洛氏硬度试验法和维氏硬度试验法三种。

硬度是在专用的硬度试验机上通过试验测得的，如图1-9所示。

1.布氏硬度

（④）测试原理使用一定直径的球体（硬质合金球）作为压头，以规定试验力压人试样表面，经规定保持时间后，卸除试验力，然后测量球体在试样表面上所压出的压痕直径d，从而计算出压痕球面积S，然后再计算出单位面积所受的力（F/S）值，用此数字表示试样的布氏硬度值，用符号HBW表示，如图1-10所示。

由测试原理可知，布氏硬度值是指球面压痕单位面积上所承受的平均压力，其计算公式如下

式中

F——试验力，单位为N;

S——球面压痕表面积，单位为mm2;

D——球体直径，单位为mm;

d——压痕平均直径，单位为mm。

从式（1-8）中可以看出，当试验力F和压头球体直径D一定时，布氏硬度仅与压痕直径d的大小有关。

d值越小，布氏硬度值越大，材料硬度就越高;反之，d值越大，布氏硬度值越小，材料硬度就越低。

在实际应用时，布氏硬度一般不用计算，而是用专用刻度放大镜测量出压痕直径d，再通过查布氏硬度值表，即可得到相应布氏硬度值，见附录1。

（2）表示方法一般布氏硬度值不标单位，只写明硬度的数值。

布氏硬度的表示方法按以下顺序书写:

硬度值、布氏硬度符号HBW、压头球体直径、试验力、试验力保持时间（10-15s不标注）。

例如，550HBW5/750表示用直径5mm的硬质合金球体，在7355N（750kgf）试验力的作用下，保持10-15s时测得的布氏硬度值为550，简写为550HBW。

做布氏硬度试验时，压头球体直径D、试验力F及试验力保持时间t应根据被测金属材料的种类、硬度值范围及试样的厚度进行选择，见表1-1。

（3）Rm与HBW的关系材料的Rm与HBW之间有以下近似关系:

低碳钢的Rm≈3.53HBW，高碳钢的Rm≈3.33HBW，合金钢的Rm≈3.19HBW，灰铸铁的Rm≈0.98HBW，参见附录2。

（4）适用范围及优缺点布氏硬度主要适用于测定灰铸铁、有色金属及各种软钢等硬度不是很高的材料。

布氏硬度试验法的特点是其硬度值数据稳定，测量精度较高。

因为试验力大，球体直径大，因而压痕直径也大，能较准确地反映出金属材料的平均性能。

布氏硬度试验法的缺点是操作时间长，对不同材料的试样需要更换压头及载荷，压痕测量也较费时，测量高硬度材料时，由于压头球体本身变形而使测量结果不够准确。

用硬质合金球作压头时，材料硬度必须小于650HBW。

另外压痕较大，用于成品及较薄件试验时也有困难。

2.洛氏硬度

（1）测试原理洛氏硬度试验是采用锥顶角为120。

的金刚石圆锥体或津火钢球作为压

头，压人金属表面，以测量压痕塑性变形深度来计算洛氏硬度值。

图1-11所示为用金刚石圆锥体作为压头进行洛氏硬度的试验原理图。

测量时先加初试验力F0，压入深度为H1，目的是消除因零件表面不光滑而造成的误差;然后再加主试验力F1，在总试验力（F1+F0）的作用下，压入深度为H2。

卸除主试验力F1，由于金属弹性变形的回复，使压头回升到深度为H3的位置，则由主试验力F1作用而引起的塑性变形的压痕深度e=h3–h1，也称为残余压痕深度增量。

显然，e值越大，被测金属的硬度越低。

为了符合数值越大，硬度越高的习惯，用一个常数K（标尺刻度满程）减去e来表示硬度值的大小，并用每0.002mm的压痕深度作为一个硬度单位，由此获得洛氏硬度值，用符号HR表示，其计算公式如下

图1-12所示为HR-150型洛氏硬度计的结构图。

硬度计由负荷机构、加载负荷控制机构、测量指示机构、试样支承机构和机架等部分组成。

洛氏硬度没有单位，试验时硬度值可直接从洛氏硬度刻度盘上读出。

（2）常用洛氏硬度标尺及其适用范围常用的洛氏硬度标尺有A、B、C三种，标注在洛氏硬度符号HR后面，其中C标尺的应用最为广泛。

兰种洛氏硬度标尺的试验条件和应用范围见表1-2。

（3）表示方法洛氏硬度值写在符号HR前面，符号后面注明使用的标尺。

例如，

45HRC表示C标尺测定的洛氏硬度值为45。

（4）优缺点洛氏硬度的优点是①压痕小，可用来测量成品或较薄工件的硬度;②试验操作简单迅速;③采用不同硬度标尺，能测量从很软到很硬的各种金属材料。

缺点是由于压痕小，当材料内部组织不均匀时，硬度值波动较大，测量结果不能反映被测材料的平均硬度。

因此，在进行洛氏硬度测试时，需要在不同部位测量数次，然后取平均值来表示被测金属的硬度。

3.维氏硬度

（1）测试原理如图1-13所示，维氏硬度测试原理与布氏硬度测试原理相同，将相对面夹角为136。

的金刚石正四棱锥体压头，以选定的试验力压人试样表面，经规定的保持时间后卸除试验力，然后测量压痕对角线的平均长度，计算出硬度值。

维氏硬度是用正四棱锥体压痕单位面积上承受的平均压力表示硬度值，用符号HV表示，其计算公式如下

式中F——试验力，单位为N;

D——压痕两条对角线长度的算术平均值，单位为mm。

在试验中，维氏硬度值与布氏硬度值一样，也可根据测得压痕两条对角线的平均长度，从表中直接查出。

（2）表示方法及适用范围维氏硬度常用试验力在49.03-98