材料物理性能實(shí)驗(yàn)二材料硬度測定

1、維氏硬度的測定硬度通常定義為材料抵御硬且尖銳的物體所施加的壓力而產(chǎn)生永久壓痕的能力。材料 的硬度是材料重要的機(jī)械性能之一。材料的硬度與其他的物理性能之間存在著某種關(guān)系。例如，硬度和拉力試驗(yàn)基本上都 是測量金屬抵抗塑性變形的能力。這兩種試驗(yàn)在某種程度上都是測量同樣的特性，其結(jié)果完全可以相比較。硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)在于： 它是一種簡單而又容易進(jìn)行的試驗(yàn)，尤其突出的是它是一種非破壞性測試。習(xí)慣上把硬度試驗(yàn)分為兩類：宏觀硬度和顯微硬度。宏觀硬度是指采用1kgf（9.81N）以上負(fù)荷進(jìn)行的硬度試驗(yàn)。諸如工具、模具等金屬材料的硬度試驗(yàn)。顯微硬度是指采用1kgf（9.81N）或小于1kgf（9.81N）負(fù)荷進(jìn)行的

2、硬度試驗(yàn)， 諸如極薄（薄至0.125mm）的板材，特另 小的零件，表面淬火、電鍍或涂層材料的表面以及材料的各個(gè)組織的硬度。常用的硬度試驗(yàn)有布氏硬度試驗(yàn)、洛氏硬度試驗(yàn)、表面洛氏硬度試驗(yàn)和顯微硬度試驗(yàn)等， 它們分別有各自不 同的適用范圍。本實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)顯微維氏硬度硬度測試的原理與方法。一、目的意義無機(jī)非金屬材料硬度測試的目的，是為了檢驗(yàn)材料抗磨蝕、 耐刻劃的能力。無機(jī)非金屬材料的硬度與材料的化學(xué)和物相組成以及顯微結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。非晶態(tài)材料的硬度隨結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)外體離子半徑的減小和原子價(jià)的增加而增加。晶體材料的硬度與鍵強(qiáng)弱有關(guān)。陶瓷材料的硬度除與主晶相有關(guān)外，還受晶粒尺寸、晶界相和氣孔及其分布等因素的影響。換

3、句話說， 硬度是材料微觀結(jié)構(gòu)的宏觀表現(xiàn)。在材料研究中，硬度數(shù)據(jù)的使用頻率非常高，硬度測試的目的，并不一定是用來表征所研究材料的使用性能，而是通過硬度試驗(yàn)獲得材料微觀結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息。通過本試驗(yàn)要達(dá)到以下目的：了解材料維氏硬度測試的方法；學(xué)習(xí)維氏硬度測試的原理與方法。二、基本原理一般硬度測試的基本原理是：在一定時(shí)間間隔里，施加一定比例的負(fù)荷，把一定形狀 的硬質(zhì)壓頭壓入所測材料表面，然后，測量壓痕的深度或大小。維氏硬度測試是用維氏金剛石壓頭來測量材料表面的硬度。維氏金剛石壓頭是將壓頭 磨成正四棱錐體，其相對(duì)兩面夾角為136°。維氏硬度值是所施加的負(fù)荷 （kgf）除以壓痕的表面積（mm2）。

4、采用維氏金剛石壓頭時(shí)， 其壓痕深度約為對(duì)角線長度的1/7。維氏硬度的計(jì)算公式如下：2P sin1/2 1.854P 1.854p H =!-9.81l2 mm;(136° )。V1 21 2式中l(wèi)壓痕對(duì)角線長的平均值，金剛石壓頭相對(duì)面的夾角P 所加載荷（N）; p 所加載荷（kgf）;為了精確測量維氏金剛石壓痕的對(duì)角線長度，壓痕必須清晰可見。壓痕清晰實(shí)際上是 衡量試樣表面制備質(zhì)量的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。一般來說，試驗(yàn)負(fù)荷越輕，所要求的表面光潔度就越高。當(dāng)使用100gf（0.981N）以下負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，試樣應(yīng)進(jìn)行金相拋光。同時(shí)，要求測量顯微鏡所測 壓痕長度的誤差應(yīng)小于 0.0005mm。、實(shí)驗(yàn)器材H

5、V 1000型維式硬度計(jì)由試驗(yàn)機(jī)主體、工作臺(tái)、升降絲杠、加載系統(tǒng)、操作面板、高 倍率光學(xué)測量系統(tǒng)等部分組成 （見圖1所示）。通過操作面板，能調(diào)節(jié)測量光源強(qiáng)弱，預(yù)置試 驗(yàn)力保持時(shí)間。四、試樣制備試樣應(yīng)選擇成分均勻、表面結(jié)構(gòu)細(xì)致和平整度好的樣品為待測試樣。表面粗糙不平或 平整度差的試樣，由于壓痕會(huì)或多或少地發(fā)生變形，引起測量誤差。用切割工具切剖試樣（試件最大高度65mm,試件最大寬度85mm）,擦凈測量面待用。圖1 HV-10D。型顯健維氏硬度計(jì)一反某；2一壓去,燈；3后番. 4-電源播會(huì)* 5-主陣；6-顯示盤作Ef板: 7升降轉(zhuǎn)桿；A定或1Q一潮*帆堂燈座；11代字式Mlflt目慵；12一上番

6、；1-照相接口制14一試照力變帙手輪；15騏相、徵轉(zhuǎn)撥拉桿；16一胡地、壓去帶帙手輪：17T也門8T0W物爆；19一十字試臺(tái)；州一貫鼬； 21一電源批示燈1 22f電源開關(guān)；八一水平調(diào)節(jié)富苗；五、測定步驟5.1 將水平儀放在十字試臺(tái)上，調(diào)節(jié)前后水平螺釘，使水泡居中。5.2 打開電源開關(guān)（22）,指示燈（21）及光源燈亮（10）。5.3 轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡、壓頭轉(zhuǎn)換手柄（16）,使40x物鏡（18）處于主體前方位置。（光學(xué)系統(tǒng)總放 大倍率為400x ,處于測量狀態(tài)。）5.4 將試樣安放在試臺(tái)上，轉(zhuǎn)動(dòng)旋輪（20）使試臺(tái)上升。眼睛接近測微目鏡觀察。當(dāng)試樣離物鏡下端23mm時(shí)，在目鏡的視場中心出現(xiàn)明亮光斑，說明

7、聚焦面即將來到，此時(shí)應(yīng)緩 慢微量上升，直至在目鏡中觀察到試樣表面的清晰成像，這時(shí)聚焦過程完成。5.5 如果在目鏡中觀察到的像呈模糊狀或一半清晰一半模糊，則說明光源中心偏離系統(tǒng)光路 中心，需調(diào)節(jié)燈泡的中心位置。如果視場太暗或太亮可通過操作面板（6）上的軟鍵調(diào)節(jié)光源強(qiáng)弱。5.6 如果想觀察試樣上的較大視場范圍，可將物鏡壓頭轉(zhuǎn)換手柄逆時(shí)針轉(zhuǎn)至主體前方，此時(shí),光學(xué)系統(tǒng)總放大倍數(shù)為 100x,處于觀察狀態(tài)。注：當(dāng)轉(zhuǎn)換10x和40x物鏡時(shí)聚焦面有微量變化，可調(diào)節(jié)絲桿，聚焦時(shí)建議在40x物鏡下進(jìn)行。5.7 將轉(zhuǎn)換手柄逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使壓頭主軸處于主體前方，此時(shí)壓頭頂尖（ 1 ）與聚焦好的平面之間間隙為 0.40

8、.5mm 。 當(dāng)測量不規(guī)則的試樣時(shí)， 要小心， 防止壓頭碰及試樣， 損壞壓頭。5.8 轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)力變換手輪，使試驗(yàn)力符合選擇要求。旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)力變換手輪時(shí)，應(yīng)小心緩慢的進(jìn)行，防止過快產(chǎn)生沖擊。5.9 根據(jù)試驗(yàn)要求在操作面板上鍵入試驗(yàn)力延時(shí)保荷時(shí)間， （每鍵入一次為 5 秒，“+”為加，“-”為減。 ）5.10 按下操作面板（6）上“STARTW,此時(shí)加試驗(yàn)力，LOADING 指示燈亮。5.11 試驗(yàn)力施加完畢，延時(shí)DWELL 亮，數(shù)碼管顯示逆計(jì)數(shù)時(shí)間到，試驗(yàn)力開始卸除，卸試驗(yàn)力UNLOADINGD 燈亮。在 UNLOADING 燈未滅前，不準(zhǔn)轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡壓頭轉(zhuǎn)換手柄，否則會(huì)造成儀器損壞。5.12 當(dāng)卸荷

9、試驗(yàn)力指示燈 UNLOADING 滅，顯示屏出現(xiàn)設(shè)定的時(shí)間方可將轉(zhuǎn)換手柄逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使 4x 物鏡處于主體前方。5.13 通過測微目鏡可看到一個(gè)正四棱形壓痕，這時(shí)可測對(duì)角線長度。旋轉(zhuǎn)測微目鏡左鼓輪，使視場內(nèi)的刻線同時(shí)左移， 當(dāng)左刻線剛好對(duì)在正四棱形對(duì)角線左端點(diǎn)， 停止調(diào)節(jié)左鼓輪;然后調(diào)節(jié)右鼓輪使右刻線剛好對(duì)在正四棱形對(duì)角線右端點(diǎn)， 這時(shí)可以讀出測微目鏡鼓輪格數(shù) n。5.14 測量顯微鏡對(duì)壓痕長度的計(jì)算方法如下：L= n x l式中：L 壓痕對(duì)角線長度（um ）n所測壓痕的測微目鏡鼓輪格數(shù)l 測微目鏡鼓輪最小分度值（40x 時(shí)為 0.5um）根據(jù)測量長度查表得到顯微維氏或努氏硬度值。例：在 9.

10、8N 試驗(yàn)力下測量顯微維氏壓痕平均對(duì)角線長度，鼓輪讀數(shù)為 99格：L=99 X 0.5=49.5（um）查附表試驗(yàn)力為 0.0098N（1gf） 的顯微維氏硬度值 ，從表中查得壓痕對(duì)角線為 49.5um時(shí)顯微維氏硬度值為0.7568HV則9.8 （1000gf）時(shí)顯微維氏硬度值為：0.7568 X 1000=756.8HV注： 壓痕會(huì)由于樣品的表面粗糙不平或平整度差異或多或少的發(fā)生變形， 所以測量對(duì)角線 應(yīng)在兩個(gè)垂直方向上進(jìn)行，取其算術(shù)平均值。儀器使用完畢，取出被測樣品，關(guān)閉電源。六、注意事項(xiàng)（ 1） 金剛石壓頭將待測試樣放在試臺(tái)上金剛石壓頭和壓頭軸是儀器的精密的零件，因此在操作的整個(gè)過程中都

11、要十分小心，除施壓測試時(shí)外，其他時(shí)間都不要觸及壓頭。壓頭應(yīng)隨時(shí)保持清潔，有油污或灰塵時(shí)，可用軟布或脫脂棉蘸酒精或乙醛小心擦洗。壓頭安裝時(shí)，應(yīng)將壓頭上的紅點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)正前方，此時(shí)壓痕對(duì)角線和紅點(diǎn)成一線。（ 2） 測微目鏡由于各人觀察目鏡中的刻線存在著視差，在更換觀測者時(shí)，應(yīng)微量調(diào)節(jié)焦距，使觀察到的視場內(nèi)的刻線內(nèi)側(cè)清晰。測微目鏡插在目鏡管內(nèi)，測量壓痕兩對(duì)角線時(shí)需90。轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡，要注意測微目鏡應(yīng)緊貼在目鏡管上，不能使其留有間隙，否則會(huì)影響到測量的準(zhǔn)確度。（ 3） .顯微鏡光源光源照明燈的中心位置將直接影響壓痕的像質(zhì)。如果像質(zhì)模糊或光亮不均勻，則需 調(diào)節(jié)光源中心。微量調(diào)節(jié)三個(gè)螺釘，使燈泡中心位置和光源中心位置一致。光源強(qiáng)弱可通