显微硬度计是一种用于测量微小区域硬度的仪器,以下是其一般操作步骤:
准备工作
选择合适的压头:根据试样的性质和测量要求,选择维氏压头或努氏压头。维氏压头适用于各种材料,而努氏压头对于脆性材料或薄型试样更为合适。
安装压头:将选好的压头小心地安装在硬度计的主轴上,确保压头安装牢固。
准备试样:将待测试样的表面进行研磨和抛光处理,使其表面粗糙度达到要求,一般应不大于 0.02μm,以保证测量的准确性。试样的厚度应不小于压痕深度的 10 倍。
清洁仪器:用干净的软布擦拭硬度计的工作台、物镜、压头以及其他相关部件,去除灰尘和杂物。
开机预热:打开显微硬度计的电源开关,让仪器预热一段时间,通常为 10 - 15 分钟,使仪器达到稳定的工作状态,以确保测量精度。
安装试样:将准备好的试样平稳地放置在硬度计的工作台上,使用工作台的夹具或磁性吸盘将试样固定好,防止在测量过程中试样发生移动。
调整焦距
选择试验力:根据试样的硬度和测量要求,通过硬度计的试验力调节装置选择合适的试验力。试验力的大小通常根据材料的硬度范围和试样的厚度来确定,一般在 0.098N - 9.8N 之间。对于较硬的材料,选择较大的试验力;对于较软或薄的材料,则选择较小的试验力。
加载试验力:确认试验力选择合适后,按下硬度计的加载按钮,缓慢地将试验力施加到试样上。在加载过程中,要注意观察压头与试样的接触情况,确保压头垂直地压入试样表面。加载时间一般为 10 - 15 秒,对于特殊材料或有特殊要求的测量,加载时间可能会有所不同。
保持试验力:试验力加载到规定值后,保持一段时间,让试样在试验力的作用下充分发生塑性变形。保荷时间通常为 10 - 30 秒,具体时间根据材料的特性和试验标准来确定。对于一些硬度较高或变形较缓慢的材料,可能需要适当延长保荷时间。
卸载试验力:保荷时间结束后,按下卸载按钮,缓慢地将试验力从试样上卸除。卸载过程要平稳,避免产生冲击或振动,以免影响压痕的形状和测量结果。
测量压痕
计算硬度值:根据测量得到的压痕尺寸,按照相应的硬度计算公式计算出试样的显微硬度值。维氏硬度值(HV)的计算公式为:\(HV = 0.1891\times F/d^{2}\),其中F为试验力(单位为 N),d为压痕对角线长度(单位为 mm);努氏硬度值(HK)的计算公式为:\(HK = 0.1423\times F/L^{2}\),其中F为试验力(单位为 N),L为努氏压痕长轴长度(单位为 mm)。
重复测量:为了提高测量的准确性和可靠性,在同一试样上选择多个不同的位置进行测量,一般测量 3 - 5 次,取平均值作为试样的显微硬度值。每次测量前,都要重新调整焦距和选择试验力,并确保压痕之间的距离不小于压痕直径的 2.5 倍,以避免相邻压痕之间的相互影响。
记录与分析:将测量得到的硬度值、试验条件(如试验力、保荷时间、压头类型等)以及试样的相关信息(如材料名称、热处理状态、试样编号等)详细记录下来。对测量结果进行分析,判断试样的硬度是否符合要求,以及不同位置的硬度值是否存在差异,如有差异,分析其原因。
清洁与关机:测量完成后,关闭硬度计的电源开关,取下试样,用干净的软布擦拭工作台和压头,去除试样表面残留的碎屑和油污。将压头取下并妥善保管,防止压头受到损坏。将显微硬度计罩上防尘罩,放置在干燥、清洁的地方保存。