维氏硬度试验影响因素分析

张荣  王莉沙  王琦

（中国航发动力股份有限公司，检测计量中心 陕西 西安  710021）

摘要：硬度试验法是材料机械性能试验中最简单、最迅速的方法。它是测定材料机械性能，检验产品质量，确定合理的热处理规范和机械加工工艺的主要方法之一，是保证产品质量不可缺少的重要手段。本文将着重就维氏和显微硬度计在试验工作中的影响因素及常见故障进行系统分析，为更好地开展维氏硬度计量工作提供技术支持。

关键词：维氏硬度；试验；影响因素

0  引言

维氏硬度试验方法是1924年开始使用，1925年由英国人史密斯（R.L.Smith）和桑德兰德（G.E.SandLand）在世界钢铁协会上提出的。维氏硬度是因第一个制造这种硬度计的英国维克斯-阿姆斯特朗（Vickers-Armstrongs）公司而得名的，人们把这种试验方法称为维氏硬度试验法。

1  维氏硬度计的结构

硬度计是用于测定材料硬度的专用设备，它的种类很多，其中以静载压入法硬度计应用最为广泛。其结构一般由机体、加试验力机构、压头和测量机构等主要部分组成。维氏硬度计一般由加试验力机构、压头、压痕测量装置和机体等部件组成。

2  影响维氏硬度试验的因素

2.1硬度计引起的影响因素

主要有四方面影响，具体为试验力、测量装置、金刚石正四角锥体压头以及操纵机构故障。

2.1.1试验力影响因素

从维氏硬度的计算公式中

=（1）

可以看出，试验力误差将直接影响到测量结果，所引起的硬度值的相对误差约等于试验力的相对误差。试验证明，当试验力误差为±1.0%时，硬度值误差为。因此硬度计的各级试验力都要经过相关资质计量技术机构用测力仪器做综合检定，而且试验力误差应满足相关计量检定规程的要求。

2.1.2  测量装置影响因素

测量装置的准确度是影响压痕对角线测量准确与否的直接因素，而测量显微镜的物镜分辨率则是测量装置好坏的表征。所谓分辨率即是物镜能分辨的两条线（或两点）间的最小距离。此外，显微镜放大倍数误差、测微螺旋杆螺距误差、刻度线误差等等，以及调焦不当，照明不好等都会给测量对角线带来误差，所以测量机构应定期检定，合格后方能使用。

2.1.2.1 测量误差大

a.光学部件位置变动；

b.物镜未到位或未按有关规定安装；

c.微分筒零线未对准；

d.物镜数值孔径和放大倍数选择不当；

e.刻度尺和微分筒制造误差大。

2.1.2.2  测量装置视场模糊

a.光线太暗，表现为棱镜位置变化、光源位置不对、半透镜位置未调好、光栏开启过小；

b.镜片有霉点或污物；

c.镜片位移或倾斜；

d.物镜和目镜焦距调整不当；

e.透镜象质不好，清晰度不够；

f.滤光片选择不当；

g.镜片严重碰伤。

2.1.3  金刚石正四棱角锥体压头影响因素

压头面角增大，则硬度值降低，由面角误差而导致的硬度值误差，可按经验公式计算

=-K△α（2）

式中：K---系数，一般在0.4%～0.7%之间，通常取0.6%；

      △α---面角误差，单位为度（°）。

2.1.3.1  表面质量

a.表面粗糙度超差；

b.金刚石焊接不牢；

c.有机械损伤。

2.1.3.2  几何形状

a.棱面夹角超差；

b.横刃超差；

c.锥体轴线与压头柄轴线同轴度超差；

d.各锥面与轴线的夹角不相等，引起压痕的不正方性超差；

e.金刚石的结晶轴线与压头轴线不同心甚大；

f.棱边的直线度超差；

g.棱面的平面度超差。

2.1.4  操纵机构的故障影响因素

2.2  试样质量引起的影响因素

2.2.1  材料特性影响因素

2.2.2  试样状况影响因素

2.2.3  试样的加工方法（显微硬度试样）影响因素

2.3  试验条件引起的影响因素

2.3.1  试验室温波动使硬度计参数变化，试样温度变化带来影响；

2.3.2  附近有振源影响；

2.3.3  加荷速度和试验力保持时间不符合规定，超差。

2.4  操作者引起的影响因素

2.4.1  工作台选择不当，试样放置不稳；

2.4.2  负荷选择不当，过大或者过小；

2.4.3  加荷、卸荷过程不平稳，有停顿或过冲现象；

2.4.4  加荷速度调节不当；

2.4.5  负荷保持时间控制不准；

2.4.6  压痕距离太近或测试点没有代表性；

2.4.7  测定次数影响，未按要求做够规定的测试点数；

2.4.8  物镜选用（放大倍数选择）不当；

2.4.9  使用读数显微镜测量时对线和读数误差大；

2.4.10  测量焦距调整不准；

2.4.11  操作者的熟练程度。

2.5  其它

2.5.1  硬度块有锈蚀、划伤、毛刺、油污或超过使用有效期太久，造成硬度值有变化；

2.5.2  操作着失误操作，如测量、计算或查表错误等。

3 结论

随着新技术新机型的广泛应用，随之而来的误差影响因素的分析也和以前传统机型的分析方法有了明显不同，这就要求操作者要不断学习，及时掌握新技术新知识，全面了解新机型硬度计的机构和工作原理，通过不断试验学习，及时分析总结影响硬度示值的影响因素，并对出现的各类影响因素找出正确的处理和排除方法，确保硬度试验数据的准确可靠。

参考文献：

[1]国防科工委科技与质量司，计量培训教材.力学计量.北京：原子能出版社，2002.

[2]国家质量监督检验检疫总局，全国力值、硬度计量技术委员会.JJG151-2006金属维氏硬度计检定规程.北京：中国计量出版社，2007.