影響顯微硬度測試值的幾個主要問題

1 前言

航空用貴金屬材料大多為細絲和薄片，對于這些材料的硬度試驗只能選用顯微硬度，然而影響顯微硬度測試值的因素又很多，以致不同單位之間的測試結(jié)果往往難以一致。本工作進行了負荷、負荷保持時間、加荷速度、壓痕間距、試樣表面質(zhì)量等項試驗，認為影響顯微硬度測試值的主要因素有試驗負荷、試樣表面質(zhì)量和測量偏差等。

2 實驗條件

試驗機型號： MVK-E ，保荷時間： 20s ，放大倍數(shù)： 400 ×

材料為貴金屬絲材，牌號： PtIr10,AuNi9,AuNiIFeZr9-2-0.3

3 試驗結(jié)果

3.1 試驗負荷的影響

眾所周知，在顯微硬度試驗中，負荷與壓痕之間是不遵守幾何相似定理的，通常認為顯微硬度值隨試驗負荷的減小而增大，但在貴金屬材料中卻恰恰相反，即硬度值在小負荷時隨負荷的減小而減小。
用 PtIr10 、 AuNi9 、 AuNiIFeZr9-2-0.3 等合金的冷拉線材進行負荷試驗，結(jié)果如圖 1所示。可以看出：在小負荷時顯微硬度值是隨負荷的增加而增大；負荷增加到一定值以后，顯微硬度值逐漸趨于穩(wěn)定。由此可見，要比較顯微硬度值，必須在同一負荷下進行，也可在硬度值已趨于穩(wěn)定的不同負荷下比較，但由于有的合金硬度值穩(wěn)定時的負荷較大，在大負荷下造成的大壓痕雖有利于測量精度提高，但壓痕過大使相當一部分細絲和薄板無法測量。

圖 1 不同負荷下的顯維硬度 圖 2 △ HV/Hv 與 d 的關(guān)系曲線

選擇負荷在 500g 以內(nèi)各種材料顯微硬度的穩(wěn)定值或接近穩(wěn)定值作為該材料的顯微硬度值 HV ，而將其他負荷下的硬度值與 HV的差值記作△ HV ，以△ HV/HV% 作縱坐標，而以相應(yīng)負荷下的壓痕對角線長度 d 作橫坐標繪圖，得△ HV/HV 與 d的關(guān)系曲線，見圖 2 。

由圖 2 可以看到，△ HV/HV 有明顯轉(zhuǎn)折，即 d<40 m m ，△ HV/HV 明顯增大， d>40 m m，△ HV/HV 趨于平穩(wěn)，換言之，壓痕大于 40 m m 時，測得的硬度值與硬度穩(wěn)定值較接近。

另外，從顯微硬度計的誤差分析來看，硬度計本身具有一定誤差，此誤差與壓痕對角線長度有關(guān)，據(jù)文獻［ l ］介紹，當對角線長度 d小于 20 m m 時硬度計誤差迅速增大，當 d 在 20 ～ 60 m m時誤差變化顯著減緩?；谏鲜隼碛烧J為，在貴金屬材料中，硬度測試時所造成的壓痕對角線長度不小于 40 m m 是合適的，對于硬度值小于230 的材料，試驗負荷可選用 50g ，等于或大于 230 的材料，可選用 100g 負荷．這樣既保證了精度，又使小 0.15mm左右甚至更細的線材得以測量。

3.2 試樣表面質(zhì)．的影響

各單位對試樣表面質(zhì)量的要求不同，有的用金相拋光的方法獲得，有的在金相細砂紙上磨幾下即成．實踐證明，同一塊試樣表面因質(zhì)量不同硬度值是有差異的。

我們采用金相細砂紙研磨，機械拋光以及淺腐蝕的方法，獲得表面質(zhì)量不同的試樣，以觀察表面質(zhì)量的影響。

不同的制備方法所能達到的表面質(zhì)量見表 1 ，表面質(zhì)量對硬度值的影響見表 2.

由表可以看出：

1 ） 粗糙度 Ra 值為 0.20 ～ 0.42 m m 光潔度 ? 9- ? 8 上限 的試樣，硬度值普遍偏高，其中尤以PtIr10 和 AuNi9 *明顯，硬度偏高是試樣在磨制過程中產(chǎn)生的表面變形層引起的；

2 Ra 值小于 0.125 m m （光潔度 ? 10 以上）以及淺腐蝕以后的試樣，硬度值基本不變，這說明只要用粒度小于3.5w 的拋光膏拋光，則表面變形層對顯微硬度測量的影響是不大的．我們認為，對于顯微硬度試樣，要求表面粗糙度 Ra 值小于 0.125m m （光潔度 ? 10 以上）是必要的，為了便于**測量有時要求還會高一些。

3.3 測量偏差的影響

如果試樣制備很好，又采用同樣負荷，那么各單位對同一試樣進行測試的結(jié)果是否一致呢？我們用 AuAgCu20-30冷拉線材作試樣，在 212 廠， 232 廠等單位進行試驗，測試結(jié)果見表 3 。

實踐證明，各單位的測試結(jié)果往往不一致，其中 125 廠*高， 212 廠*低，高低值相差 39.7 ，若以百分數(shù)表示則差 13％。這樣懸殊的差異使各單位之間的測試結(jié)果難以比較，同時也說明了在試驗機正常的條件下，顯微硬度的誤差主要來自測試人員的瞄準技術(shù)。

為了提高測試的正確性，我們主張用標準顯維硬度塊統(tǒng)一測試結(jié)果，為此，提出了測量偏差的修正問題。所謂測量偏差，系指在相應(yīng)負荷的標準塊上測量7點，其平均值與標準塊硬度值之差除以標準硬度值，測量偏差用百分比表示，測量人員在求得各自的測量偏差之后，對被測試樣的硬度值進行修正，修正方法由下式給出：

修正值 = 測量值 + 測量值×測量偏差

上述單位做了驗證試驗，有關(guān)人員測量的偏差和按上式修正后 AuAgCu20-30 冷拉線材硬度值見表 4 。

標準塊硬度值 =245.9 ；試驗負荷： 100g

比較表 3 和表 4 可見，修正后的硬度值基本趨于一致。若取 5 個修正值的加權(quán)平均值作為該材料的真值，則真值為 302.2。這樣上海儀表廠和 212 廠的修正值與真值分別差 1.6% 和 -1.9% ，兩者相差 3.5% ，即 5個單位之間的*大差值由修正前的 13% 下降到修正后的 3.5%。試驗證明，測量偏差的修正是十分有效的，它能顯著地提高測試結(jié)果的準確性。

4 結(jié)論

1 影響顯微硬度值的因素雖然是多方面的，但只要適當控制主要因素，顯微硬度測試值還是比較正確和可信的。

2 只有在相同負荷下測得的顯微硬度值方可互相比較，對于貴金屬材料，選用的負荷應(yīng)在該負荷下造成的壓痕對角線長度不小于 40 m m為好。

3 ）硬度試樣如用機械拋光制備，則粗糙度 Ra 值小于 0.125 m m （即光潔度 ? 10以上）的磨面，其表面變形層對顯微硬度值的測量影響不大。

4 ）測量偏差的修正，可以顯著提高測試結(jié)果的準確性。