影響硬度測(cè)量準(zhǔn)確性的因素及解決

一、粗糙度的影響及解決辦法

我們知道，用臺(tái)式硬度計(jì)測(cè)量布氏硬度時(shí)，硬度計(jì)的壓頭是鋼球壓頭，在一定的壓力下壓入被測(cè)表面而得到一個(gè)圓形壓痕，再用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量圓形壓痕的直徑，然后在布氏硬度表中查找相應(yīng)的硬度值，即被測(cè)試樣的硬度值，而被測(cè)表面的粗糙度直接影響硬度測(cè)量值的準(zhǔn)確性。當(dāng)被測(cè)表面粗糙度值大于Ra=0.8μm時(shí)，隨著粗糙度值的增大，被測(cè)表面對(duì)壓頭的抗力愈小，其塑性變形愈大，圓形壓痕就愈大，相應(yīng)的硬度值也就愈小，致使測(cè)量值偏低于其真實(shí)值。試驗(yàn)證明，測(cè)量偏差在10HB以上（注：用臺(tái)式硬度計(jì)測(cè)量洛氏硬度時(shí)，粗糙度的影響較小，本文就不進(jìn)行分析了）。

當(dāng)我們用便攜式微電腦超聲硬度計(jì)測(cè)量硬度時(shí)，粗糙度的影響較用臺(tái)式硬度計(jì)就更大了。當(dāng)被測(cè)表面粗糙度值大于Ra=0.8μm時(shí)，隨著粗糙度值的增大，硬度計(jì)的金剛石角錐體壓頭與被測(cè)表面的接觸面積就會(huì)增大。這種接觸包括壓痕接觸和非壓痕接觸。

壓痕接觸即壓頭自身壓入被測(cè)表面后壓頭與壓痕的接觸，接觸面積也是極微小的；而非壓痕接觸是指硬度計(jì)壓頭的錐面與被測(cè)表面輪廓峰斜面的接觸。非壓痕接觸對(duì)硬度測(cè)量是不利的。因?yàn)?，微電腦超聲硬度計(jì)工作原理是借助于傳感器桿的超聲振動(dòng)測(cè)量硬度的。在均勻的接觸壓力下，使傳感器桿的諧振頻率隨試樣的硬度高低而改變。若試樣的硬度愈低，壓痕接觸面積愈大，被測(cè)表面對(duì)傳感器桿壓頭的阻尼愈大，傳感器桿壓頭振動(dòng)幅度就愈小，諧振頻率也就愈高。也就是說(shuō)，壓痕接觸面積愈大，超聲硬度計(jì)的示值愈低。而非壓痕接觸大大地增加了壓頭與被測(cè)表面的接觸面積，致使硬度計(jì)示值偏低于真實(shí)值。試驗(yàn)證明，洛氏硬度測(cè)量偏差在10HRC左右；布氏硬度測(cè)量偏差在20HB左右。

解決辦法：在測(cè)量試樣硬度時(shí)，我們必須注意被測(cè)表面粗糙度是否符合硬度計(jì)的檢測(cè)條件。在正常使用硬度計(jì)的條件下，必須保證試樣的被測(cè)表面粗糙度值小于或等于Ra=0.8μm，若試樣的被測(cè)表面粗糙度值大于Ra=0.8μm，可以通過(guò)機(jī)械方法（上磨床）或手工方法，對(duì)被測(cè)表面進(jìn)行研磨修整，法國(guó)凱茂KIMO 使試樣的被測(cè)表面粗糙度達(dá)到檢側(cè)條件。將粗糙度影響程度降到最低，這樣我們才能獲得準(zhǔn)確的測(cè)量值。

二、擠壓層的影響及解決辦法

擠壓層即經(jīng)車床精車加工出來(lái)的試件表面上的一層薄薄的硬層。試件在被精車加工時(shí)，車刀同時(shí)對(duì)試件表面有一個(gè)擠壓（滾壓）作用，使精車面表層的金屬晶粒變形細(xì)化，較試件深層的金屬晶粒更細(xì)密，從而產(chǎn)生了一層薄薄的硬層。硬層厚度一般在0.3毫米左右。這一硬層致使硬度測(cè)量值偏高于真空值，對(duì)用臺(tái)式硬度計(jì)和微電腦超聲硬度計(jì)測(cè)量硬度的準(zhǔn)確性有不同程度的影響.

當(dāng)我們用臺(tái)式硬度計(jì)測(cè)量洛氏硬度時(shí)，硬度計(jì)壓頭是金剛石錐體，壓頭（錐頂直徑為0.4毫米）與被測(cè)表面的接觸面積較小。加載時(shí)，壓頭很容易穿透擠壓層，因此硬度的測(cè)量偏差較小。試驗(yàn)證明，測(cè)量偏差一般在5HRC以內(nèi)。用臺(tái)式硬度計(jì)測(cè)量布氏硬度時(shí)，硬度計(jì)壓頭是鋼球壓頭，壓頭與被測(cè)表面的接觸面積較大。加載時(shí)，壓頭必須克服擠壓層的較大阻力才能壓入被測(cè)表面，這就使硬度計(jì)壓頭的壓入量不夠，所壓得的圓形壓痕也隨之變小，致使相應(yīng)的硬度值偏高于其真實(shí)值。而且硬度的測(cè)量偏差較大。試驗(yàn)證明，硬度的測(cè)量偏差在20HB左右。另外，無(wú)論測(cè)量洛氏硬度還是布氏硬度，隨著試件自身硬度的增大，硬度的測(cè)量偏差就會(huì)減小。

擠壓層對(duì)用微電腦超聲硬度計(jì)測(cè)量硬度的準(zhǔn)確性影響最大。用超聲硬度計(jì)測(cè)量硬度對(duì)試件的損傷極小，基本是無(wú)損檢測(cè)。在10N試驗(yàn)負(fù)荷下，壓痕深度一般在4μm至50μm左右。而擠壓層的厚度一般在0.3毫米左右。因此，超聲硬度計(jì)的角錐體壓頭根本不能穿透擠壓層，測(cè)得的硬度值僅是擠壓層的硬度，而不是試件本身真實(shí)的硬度。擠壓層硬度高出試件真實(shí)硬度很多，如果我們忽略了這一不利因素，就會(huì)造成了很大的測(cè)量偏差。試驗(yàn)證明，洛氏硬度的測(cè)量偏差一般在5-10HRC；布氏硬度的測(cè)量偏差一般在幾十個(gè)HB。

解決辦法：如果我們?cè)跈z測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)精車的試件，在測(cè)量其硬度前，必須把被測(cè)表面測(cè)量位置的擠壓層處理掉；也可以把整個(gè)被測(cè)表面的擠壓層處理掉?？梢酝ㄟ^(guò)機(jī)械方法（上磨床）或手工方法去掉擠壓層。還要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，如果我們用手工方法處理擠壓層，被測(cè)表面粗糙度有可能被破壞。如果這樣，還必須對(duì)被測(cè)表面進(jìn)行研磨修整，使試件的被測(cè)表面粗糙度達(dá)到檢測(cè)條件。這樣我們才能獲得真實(shí)可靠的測(cè)量值。

本文分析的兩種影響硬度測(cè)量準(zhǔn)確性的因素，都是在實(shí)際檢測(cè)工作中總結(jié)出來(lái)的，而且是容易被檢測(cè)人員忽略又比較常見的。當(dāng)然，在實(shí)際檢測(cè)中還存在很多不利因素，這就需要我們不斷地研究，總結(jié)，認(rèn)真地對(duì)待每一項(xiàng)檢測(cè)任務(wù)，我們得到的檢測(cè)數(shù)據(jù)才會(huì)真實(shí)、準(zhǔn)確、可靠。