維氏硬度測試（Vickers Hardness Test，HV）是材料科學中最通用的硬度測試方法之一，由英國工程師 Robert L. Smith 與 George E. Sandland 於 1921 年在 Vickers-Armstrongs 公司開發，可應用於幾乎所有固體材料——從最軟的鋁合金到最硬的陶瓷與硬質合金。
測試原理
維氏硬度測試使用一個頂角為 136° 的四角錐形鑽石壓頭（Vickers indenter），在特定試驗力（F）下垂直壓入試樣表面，保持一定時間後移除。測量壓痕兩條對角線的長度，取其平均值（d），再依公式計算出硬度值。
1.8544 為常數，源自 136° 壓頭幾何形狀計算
四角錐壓頭設計使壓痕幾何形狀在不同試驗力下保持相似，因此維氏硬度值在不同負載下具有高度一致性，這是布氏硬度（HB）所不具備的優點。
關鍵優勢：壓頭頂角 136° 的設計使壓痕對角線與試驗力之間存在固定的幾何比例，令不同試驗力下的 HV 值具有可比性，方便跨材料、跨批次的比較。
試驗力分類
根據 ISO 6507 標準，維氏硬度測試依試驗力大小分為三類：
| 類別 | 試驗力範圍 | 符號範例 | 典型應用 |
|---|---|---|---|
| 宏觀維氏 | 5 kgf（49 N）以上 | HV 5 ~ HV 100 | 鋼鐵、鑄件、大型構件整體硬度 |
| 小負載維氏 | 0.2 ~ 2 kgf | HV 0.2 ~ HV 2 | 薄件、鍍層、表面硬化層 |
| 顯微維氏 | 低於 0.2 kgf（1.96 N） | HV 0.001 ~ HV 0.1 | 單一晶粒、夾雜物、薄膜、微結構分析 |
標準測試步驟
- 試樣製備：試樣表面必須磨平拋光至鏡面，去除油脂與氧化層，確保壓痕清晰可量測。表面粗糙度 Ra 建議低於 0.4 μm。
- 選擇試驗力：依材料厚度、預期硬度範圍及測試目的（整體硬度或局部微結構）選擇適當試驗力（HV 0.001–HV 100）。
- 壓入與保持：壓頭垂直壓入試樣表面，在規定試驗力下保持 10–15 秒（ISO 6507 標準），確保塑性變形完全發生。
- 量測對角線：移除壓頭後，以光學顯微鏡或影像系統量測壓痕兩條對角線長度 d₁ 與 d₂，取平均值 d = (d₁ + d₂) / 2。
- 計算並記錄：代入公式 HV = 1.8544 × F / d² 計算硬度值，或由全自動硬度計直接輸出結果與報告。
間距要求：相鄰壓痕中心距離應至少為對角線長度的 3 倍；壓痕中心至試樣邊緣距離至少為對角線長度的 2.5 倍，以避免互相影響。
顯微維氏硬度與硬化層分析
顯微維氏硬度測試（Micro Vickers，HV 0.01–HV 1）是分析表面處理層最重要的工具之一。滲碳、滲氮、感應硬化等熱處理工件的「有效硬化層深度（CHD/NHD/SHD）」測定，均依賴沿截面方向的一系列顯微壓痕——形成「硬度分佈圖（Hardness Profile）」。
自動化硬度計（如 DuraScan 系列）可設定壓痕陣列路徑，自動完成數十乃至數百個壓痕的量測，並即時繪製分佈曲線。根據 ISO 2639（滲碳）、ISO 18203（滲氮）等標準，系統自動判定硬化層深度，大幅提升測試效率與一致性。
與其他硬度標準的比較
維氏（HV）
136° 鑽石四角錐壓頭。適用範圍最廣，從軟質材料到超硬材料均可使用，支援顯微至宏觀全範圍。
布氏（HB）
硬質合金球壓頭。適合鑄件與粗晶粒材料，但不適用於極硬材料，且不能用於顯微硬度測試。
洛氏（HRC/HRB）
錐形鑽石或球形壓頭，量測壓入深度。操作快速，適合生產線，但對薄件與表面層不適用。
主要應用領域
- 熱處理品質管制：驗證淬火、回火、滲碳、滲氮等製程的硬化效果與深度
- 焊接接頭分析：量測熱影響區（HAZ）、熔合區及母材的硬度分佈，評估焊接品質
- 表面鍍層評估：量測硬鉻、DLC 鍍膜、PVD/CVD 薄膜等的硬度與附著性
- 失效分析：透過硬度分佈找出材料脆化、過燒或脫碳等異常區域
- 研發驗證：新合金開發、材料認證、跨批次一致性確認
- 航太與汽車零件：渦輪葉片、齒輪、軸承等關鍵件的截面硬度驗收