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硬度是材料機(jī)械性能重要指標(biāo)之一,，而硬度試驗(yàn)是判斷材料或產(chǎn)品零件質(zhì)量的一種手段,。所謂硬度,，就是材料在一定條件下抵抗另一本身不發(fā)生殘余變形物體壓入能力,。抵抗能力愈大,，則硬度愈高,，反之則硬度愈低,。在機(jī)械性能試驗(yàn)中,，測(cè)量硬度是一種容易,、迅速的方法，也是生產(chǎn)過(guò)程中檢查產(chǎn)品質(zhì)量的措施之一,，由于金屬等材料硬度與其他機(jī)械性能有相互對(duì)應(yīng)關(guān)系,，因此，大多數(shù)金屬材料可通過(guò)測(cè)定硬度近似地推算出其他機(jī)械性能,，如強(qiáng)度,、疲勞、蠕變,、磨損和內(nèi)損等,。所以硬度計(jì)被廣為應(yīng)用。
一,、顯微硬度計(jì)工作原理和組成
顯微硬度計(jì)是近年來(lái)常用測(cè)量硬度的設(shè)備,。測(cè)量硬度是通過(guò)升降顯微硬度計(jì)的調(diào)焦機(jī)構(gòu),、測(cè)量顯微鏡、加荷機(jī)構(gòu),，正確選擇負(fù)荷,、加荷速度進(jìn)行全自動(dòng)加卸試驗(yàn)力及正確控制試驗(yàn)力保持時(shí)間，通過(guò)顯微硬度計(jì)光學(xué)放大,，測(cè)出在一定試驗(yàn)力下金剛石角錐體壓頭壓入被測(cè)物后所殘留壓痕的對(duì)角線長(zhǎng)度,，來(lái)求出被測(cè)物硬度值。
二,、顯微硬度計(jì)的正確使用
由于顯微硬度試驗(yàn)往往是對(duì)很小的試樣(如針尖),，或試樣上很小的特定部位(如金相組織)進(jìn)行硬度測(cè)定，而這些情況難以用人眼來(lái)進(jìn)行觀察和判定,，而且顯微硬度試驗(yàn)后所得壓痕非常小,，這也是難以人眼來(lái)尋找，更不用說(shuō)進(jìn)行壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度的測(cè)量,，所以非得用顯微鏡才能進(jìn)行工作,。正確使用顯微硬度計(jì)，除了正確選擇負(fù)荷,、加荷速度,、保荷時(shí)間外，測(cè)量顯微鏡使用的正確與否是十分重要的?，F(xiàn)就如何正確使用顯微硬度計(jì)作簡(jiǎn)要介紹,。
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負(fù)荷的選擇
為確切得到被測(cè)對(duì)象的真實(shí)硬度，必須選擇恰當(dāng)負(fù)荷,。選擇負(fù)荷應(yīng)考慮以下幾個(gè)原則：
a,、在測(cè)定薄片或表面層硬度時(shí)，要根據(jù)壓頭壓入深度和試件或表面層厚度選擇負(fù)荷,。因?yàn)橐话阍嚰虮砻鎸雍穸仁侵赖?，而被測(cè)部位硬度或硬度范圍也應(yīng)是可知道的，基于壓頭壓入試樣時(shí)擠壓應(yīng)力在深度上涉及范圍接近于壓入深度的10倍,，為避免底層硬度的影響,，壓頭壓入深度應(yīng)小于試件或表面層的十分之一。
b,、對(duì)試樣剖面測(cè)定硬度時(shí),，應(yīng)根據(jù)壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度和剖面寬度選擇負(fù)荷?；趬侯^壓入試樣時(shí)產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力區(qū)域大可從壓痕中心擴(kuò)展到4倍對(duì)角線的距離,。為避免相鄰區(qū)域不同硬度或空間對(duì)被測(cè)部位硬度影響，所以壓痕中心離開(kāi)邊緣的距離應(yīng)不小于壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度的2.5倍,，即壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度為試件或表面層剖面寬度的五分之一,。
c,、當(dāng)測(cè)定晶粒、相,、類雜物等時(shí),，應(yīng)遵守以上兩個(gè)原則來(lái)選擇負(fù)荷，壓頭壓入深度不大于其厚度的1/10,，壓痕的對(duì)角線長(zhǎng)度應(yīng)不大于其面積的1/5,。
d、測(cè)定試件(零件,、表面層,、材料)平均硬度時(shí)，在試件表面尺寸及厚度允許的前提下,，應(yīng)盡量選擇大負(fù)荷,，以免試件材料組織硬度不均勻影響試件硬度測(cè)定的正確性。
e,、為保證測(cè)量準(zhǔn)確度,，在情況允許時(shí)，應(yīng)選擇大負(fù)荷,，一般應(yīng)使壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度大于20μm,。
f、考慮到試件表面冷加工時(shí)產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力硬化層的影響,，在選擇負(fù)荷時(shí)應(yīng)在情況許可的情況下選擇大負(fù)荷,。
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測(cè)量顯微鏡的正確使用
a.尋找像平面
(1)針尖試樣應(yīng)采用“光點(diǎn)找像法”。
一般顯微硬度計(jì)測(cè)量顯微鏡物方視場(chǎng)只有0.25～0.35mm,，在此視場(chǎng)范圍外區(qū)域,，在測(cè)量顯微鏡目鏡視場(chǎng)內(nèi),，眼睛是看不見(jiàn)的,。而針尖類試樣往往小于0.1mm，所以在安裝調(diào)節(jié)試樣時(shí),，很難把此調(diào)節(jié)在視場(chǎng)內(nèi),；如果此在視場(chǎng)周圍而不在視場(chǎng)內(nèi)，則在升降工作臺(tái)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)不小心就會(huì)把物鏡鏡片頂壞,，即使不頂壞物鏡,，找像也很困難，為解決這個(gè)問(wèn)題,，提出“光點(diǎn)找像法”方法,。
開(kāi)啟測(cè)量顯微鏡的照明燈泡，這時(shí)在物鏡下面工作臺(tái)上就有一個(gè)圓光斑,，把針尖試樣垂直于工作臺(tái)安裝在此光斑的中心,，升高工作臺(tái),，使此針尖的離開(kāi)物鏡約1mm，這時(shí)眼睛觀察部位,，調(diào)節(jié)工作臺(tái)上的兩個(gè)測(cè)微絲桿,，使物鏡下照明光點(diǎn)在前后左右對(duì)稱分布在此上(這一步驟必須仔細(xì))，隨后緩慢調(diào)節(jié)升降機(jī)構(gòu),，這時(shí)在目鏡視場(chǎng)中即會(huì)看到一個(gè)光亮點(diǎn),，這就是此上的反射光點(diǎn)，再進(jìn)一步調(diào)節(jié)升降即可找到此針尖的像,。
(2)表面光潔度很高的試樣(如顯微硬度塊)應(yīng)采用邊緣找像法,。
顯微硬度試驗(yàn)中，試樣表面光潔度一般都是很高的,，往往是鏡面,，表面上沒(méi)有明顯觀察特征，而顯微硬度計(jì)中所有高倍測(cè)量顯微鏡的景深都是非常小的,，只有1～2μm,，所以在調(diào)焦找像平面時(shí)，對(duì)于缺乏經(jīng)驗(yàn)的操作者是很困難的,，甚至?xí)鰤奈镧R,，所以操作者有的留用表面殘留痕跡來(lái)找像平面，但有時(shí)往往無(wú)殘留痕跡時(shí),，建議采用邊緣找像法,。即按上述同樣方法使用照明光點(diǎn)(約為0.5～1mm)的中心對(duì)準(zhǔn)試樣表面輪廓邊緣，則在目鏡視場(chǎng)內(nèi)看到半亮半暗的交界處即為此輪廓邊緣,，隨后進(jìn)一步調(diào)節(jié)升降即可找到此表面邊緣的像,。
b.調(diào)節(jié)照明
為防止傾斜照明對(duì)壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度測(cè)量準(zhǔn)確度的影響，要調(diào)節(jié)照明光源,，使壓痕處在視場(chǎng)中心時(shí)按兩對(duì)角線區(qū)域分的四個(gè)區(qū)間亮度一致,，通過(guò)觀察測(cè)微目鏡視場(chǎng)內(nèi)壓痕像的清晰程度，可將照明光源經(jīng)上,、下,、前、后,、左,、右方向稍稍移動(dòng)，直至觀察到壓痕像明亮,，沒(méi)有陰影為止,；移動(dòng)工作臺(tái)微分筒將壓痕像前、后、左,、右移動(dòng),，測(cè)微目鏡視場(chǎng)內(nèi)均應(yīng)明亮，沒(méi)有陰影的壓痕像為好,。
c.視度歸正
我們知道測(cè)量顯微鏡測(cè)壓痕時(shí),，是把壓痕經(jīng)物鏡放大后，成像在目鏡前分劃板上,，進(jìn)行瞄準(zhǔn)測(cè)量,。由于人眼視差異(如正常眼、近視眼,、遠(yuǎn)視眼),，作為放大鏡作用的目鏡必須放在各種不同位置，才能對(duì)分劃板的刻線作清楚觀察(即刻線這時(shí)為“細(xì)”),，這個(gè)步驟(調(diào)節(jié)目鏡相對(duì)于分劃板距離)稱為視度歸正,，不然會(huì)影響測(cè)量正確性。
d.壓痕位置的校正
通過(guò)試驗(yàn)力載荷在測(cè)微目鏡視場(chǎng)看到的壓痕像,，若其偏移視場(chǎng)中心較大,，則需要進(jìn)行壓痕位置校正，通過(guò)物鏡座幾個(gè)調(diào)整螺釘反復(fù)調(diào)整,，直到在測(cè)微目鏡視場(chǎng)內(nèi)壓痕像居中為止,，(調(diào)整幾個(gè)螺釘時(shí)不要移動(dòng)工作臺(tái))并相互鎖緊。
e.調(diào)焦
為找到正確成像位置,，應(yīng)注意要調(diào)節(jié)使壓痕邊緣清晰,，而不是壓痕對(duì)角線或?qū)蔷€交點(diǎn)清晰。我們需要測(cè)量的是這個(gè)四棱角錐體坑表面棱形的對(duì)角線長(zhǎng)度,。為幫助操作者掌握這一步驟,，這里提出“視差判別法”，當(dāng)用分劃板刻線或十字交點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)壓痕對(duì)角線時(shí),，人眼相對(duì)于目鏡左右移動(dòng),，這時(shí)如調(diào)焦不正確，即壓痕邊緣象不*落在分劃板上,，則會(huì)發(fā)現(xiàn)此邊緣相對(duì)于分劃線會(huì)左右移動(dòng),。這說(shuō)明調(diào)焦不正確,，如人眼相對(duì)目鏡的位置不一致,，則一定存在測(cè)量誤差，此時(shí)應(yīng)進(jìn)一步調(diào)焦,，直至此邊緣相對(duì)分劃線在人眼晃動(dòng)時(shí)無(wú)相對(duì)位置才為正確,。
三、掌握正確的測(cè)量方法
1.旋轉(zhuǎn)測(cè)量目鏡,，使分劃板的移動(dòng)方向和待測(cè)壓痕對(duì)角線方向平行,，這樣可避免兩者夾角對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響,。如兩者夾角為α，實(shí)際長(zhǎng)度為d,，則測(cè)得長(zhǎng)度d’=d/cosα,，而且對(duì)于用十字線交點(diǎn)瞄準(zhǔn)壓痕對(duì)角線，當(dāng)兩者有一交角時(shí),，會(huì)造成其對(duì)角線一端對(duì)準(zhǔn)十字線交點(diǎn)時(shí),，另一端則不能對(duì)準(zhǔn)。
2.測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度,，在瞄準(zhǔn)時(shí)必須瞄準(zhǔn)壓痕對(duì)角線的兩端,，不必考慮壓痕棱形四邊情況。這對(duì)于分劃板上刻線是直線的情況是不成問(wèn)題的,，而對(duì)于分劃板上刻線是十字線,，瞄準(zhǔn)壓痕棱邊還是對(duì)角線的爭(zhēng)論時(shí)常發(fā)生，為統(tǒng)一各種分劃線的瞄準(zhǔn),，所以確定了這一原則,，這樣也可解決棱邊多種多樣復(fù)雜情況下的瞄準(zhǔn)問(wèn)題。
3.測(cè)量中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題
a,、機(jī)械式測(cè)微機(jī)構(gòu)測(cè)量目鏡,，測(cè)量時(shí)應(yīng)單向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微手輪，消除空回對(duì)測(cè)量的影響,。
b,、對(duì)于同時(shí)測(cè)定型的測(cè)微目鏡，操作者應(yīng)注意兩塊分劃板刻線重合時(shí),，測(cè)微讀數(shù)零位是否正確,，如不正確，應(yīng)規(guī)正微分簡(jiǎn)或測(cè)量后加以讀數(shù)修正,。
c,、對(duì)數(shù)字式測(cè)微目鏡，在每次開(kāi)機(jī)后應(yīng)使兩塊分劃板刻線無(wú)線接近,，中間有條細(xì)微的縫,，似看到似看不到，然后按“清零”鍵,，使讀數(shù)歸零,。
d、當(dāng)壓痕兩條對(duì)角線長(zhǎng)度不等時(shí),，應(yīng)測(cè)量?jī)蓷l對(duì)角線長(zhǎng)度,，并取其平均值。
e、在旋轉(zhuǎn)測(cè)量顯微目鏡使其分劃板的移動(dòng)方向和壓痕待測(cè)對(duì)角線平行后,，可在此對(duì)角線垂直方向上移動(dòng)工作臺(tái),，使對(duì)角線落在分劃板十字線交點(diǎn)移動(dòng)的軌跡上，但在用此交點(diǎn)進(jìn)行瞄準(zhǔn)時(shí),，則應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微目鏡的手輪,，而不應(yīng)移動(dòng)工作臺(tái)。
f,、操作人員應(yīng)嚴(yán)格訓(xùn)練,，經(jīng)常以標(biāo)準(zhǔn)顯微硬度塊校驗(yàn)自已的瞄準(zhǔn)準(zhǔn)確度。
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