显微硬度的测定

1、M S EM S EM S EM S E实验内容实验内容：http:/http:/http:/西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院一、实验目的：一、实验目的：1.1.1. 了解显微硬度测试的意义。了解显微硬度测试的意义。了解显微硬度测试的意义。2. 2. 2. 了解影响显微硬度的因素。了解影响显微硬度的因素。了解影响显微硬度的因素。3. 3. 3. 学习显微硬度测试的原理与方法。学习显微硬度测试的原理与方法。学习显微硬度测试的原理与方法。http:/http:/http:/西

2、南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院二、显微硬度测定原理二、显微硬度测定原理 ： 一般硬度测试的基本原理是：在一定时间间隔里，施一般硬度测试的基本原理是：在一定时间间隔里，施一般硬度测试的基本原理是：在一定时间间隔里，施加一定比例的负荷，把一定形状的硬质压头压入所测材料加一定比例的负荷，把一定形状的硬质压头压入所测材料加一定比例的负荷，把一定形状的硬质压头压入所测材料表面，然后，测量压痕的深度或大小。表面，然后，测量压痕的深度或大小。表面，然后，测量压痕的深度或大小。 习惯上把

3、硬度试验分为两类：宏观硬度和显微硬度。习惯上把硬度试验分为两类：宏观硬度和显微硬度。习惯上把硬度试验分为两类：宏观硬度和显微硬度。宏观硬度是指采用宏观硬度是指采用宏观硬度是指采用1 Kgf(9.81 N)1 Kgf(9.81 N)1 Kgf(9.81 N)以上负荷进行的硬度试验。以上负荷进行的硬度试验。以上负荷进行的硬度试验。显微硬度是指采用显微硬度是指采用显微硬度是指采用1Kgf(9.81 N)1Kgf(9.81 N)1Kgf(9.81 N)或小于或小于或小于1 Kgf(9.81 N)1 Kgf(9.81 N)1 Kgf(9.81 N)负荷负荷负荷进行的硬度试验进行的硬度试验进行的硬度试验

4、。显微硬度测试是用努氏金刚石角锥压头或维氏金刚石压头显微硬度测试是用努氏金刚石角锥压头或维氏金刚石压头显微硬度测试是用努氏金刚石角锥压头或维氏金刚石压头来测量材料表面的硬度。来测量材料表面的硬度。来测量材料表面的硬度。http:/http:/http:/西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院 1. 1. 1. 1. 1. 1. 努氏金刚石压头是一个对面角分别为努氏金刚石压头是一个对面角分别为努氏金刚石压头是一个对面角分别为172o30172o30172o30和和和1313130

5、o,0o,0o,顶端横刃不大于顶端横刃不大于顶端横刃不大于1 1 1 mmm的菱形四面锥体，在规定的荷重下的菱形四面锥体，在规定的荷重下的菱形四面锥体，在规定的荷重下（一般为（一般为（一般为0.1 0.1 0.1 kgfkgfkgf = 0.981 N = 0.981 N = 0.981 N），在压头接触试样前开始，），在压头接触试样前开始，），在压头接触试样前开始，以以以00.05 mm/min0.05 mm/min0.05 mm/min的低速压人试样表面，并使压头与试的低速压人试样表面，并使压头与试的低速压人试样表面，并使压头与试样保持接触样保持接触样保持接触2020

6、20505050秒钟，卸载后，测量压痕的长对角线长。秒钟，卸载后，测量压痕的长对角线长。秒钟，卸载后，测量压痕的长对角线长。努氏硬度（努氏硬度（努氏硬度（KHNKHNKHN）值）值）值是所施加的负荷是所施加的负荷是所施加的负荷P P P与永久压痕的投影面积与永久压痕的投影面积与永久压痕的投影面积S S S之比。即：之比。即：之比。即： 式中：式中：式中：P P P 所施加的负荷（所施加的负荷（所施加的负荷（kg fkg fkg f） ； p p p 所施加的负荷（所施加的负荷（所施加的负荷（N N N） ； 2o2o2o2o2o2http:/http:/http:/西南大学材料科学与工程学院西

7、南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院 S S S 永久压痕的面积（永久压痕的面积（永久压痕的面积（mm2 mm2 mm2 ） ； L L L 压痕长对角线的长度（压痕长对角线的长度（压痕长对角线的长度（mmmmmm） C 1/2C 1/2C 1/2（ctgctgctg A/2 A/2 A/2tg B/2tg B/2tg B/2）= 0.07028= 0.07028= 0.07028 A A A 纵向菱边夹角（纵向菱边夹角（纵向菱边夹角（172030172030172030555） B B B 横向菱边夹

8、角（横向菱边夹角（横向菱边夹角（130013001300303030） 由于努氏压头具有的特异形状，压痕为一长短对角由于努氏压头具有的特异形状，压痕为一长短对角由于努氏压头具有的特异形状，压痕为一长短对角线近似为线近似为线近似为1 1 1：7 7 7的菱形。根据压头的几何形状可知，使用的菱形。根据压头的几何形状可知，使用的菱形。根据压头的几何形状可知，使用较轻的负荷就能压印出一个能清晰测量的菱形压痕。因较轻的负荷就能压印出一个能清晰测量的菱形压痕。因较轻的负荷就能压印出一个能清晰测量的菱形压痕。因此，不管是硬质材料还是易碎材料的硬度试验，均可采此，不管是硬质材料还是易碎材料的硬度试验，均可采此

9、，不管是硬质材料还是易碎材料的硬度试验，均可采用努氏压头。努氏压头测试材料硬度的压痕深度约为其用努氏压头。努氏压头测试材料硬度的压痕深度约为其用努氏压头。努氏压头测试材料硬度的压痕深度约为其长对角线长度的长对角线长度的长对角线长度的1/30 1/30 1/30 。 http:/http:/http:/西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院 2. 2. 2.维氏金刚石压头是将压头磨成正四棱锥体，其相维氏金刚石压头是将压头磨成正四棱锥体，其相维氏金刚石压头是将压头磨成正四棱锥体，其

10、相对两面夹角为对两面夹角为对两面夹角为136136136 0 0 0 。维氏显微硬度值是所施加的负荷（。维氏显微硬度值是所施加的负荷（。维氏显微硬度值是所施加的负荷（k k kg fg fg f）除以压痕的表面积（）除以压痕的表面积（）除以压痕的表面积（mmmmmm2 2 2 ）。）。）。采用维氏金刚石压头时，其压痕深度约为对角线长度采用维氏金刚石压头时，其压痕深度约为对角线长度采用维氏金刚石压头时，其压痕深度约为对角线长度的的的1/71/71/7。维氏硬度的计算公式如下：。维氏硬度的计算公式如下：。维氏硬度的计算公式如下：lPllSinPHV22281. 91854P18542/2式中：式中

11、：式中： l 压痕对角线长的平均值（压痕对角线长的平均值（压痕对角线长的平均值（mmmmmm） 金刚石压头相对面的夹角（金刚石压头相对面的夹角（金刚石压头相对面的夹角（1361361360 0 0 ） lhttp:/http:/http:/西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院 为了精确测量努氏和维氏金刚石压痕的对角线长度，为了精确测量努氏和维氏金刚石压痕的对角线长度，为了精确测量努氏和维氏金刚石压痕的对角线长度，压痕必须清晰可见。压痕清晰实际上是衡量试样表面制压痕必须清晰可见

12、。压痕清晰实际上是衡量试样表面制压痕必须清晰可见。压痕清晰实际上是衡量试样表面制备质量的一个标准。一般来说，试验负荷越轻，所要求备质量的一个标准。一般来说，试验负荷越轻，所要求备质量的一个标准。一般来说，试验负荷越轻，所要求的表面光洁度就越高。当使用的表面光洁度就越高。当使用的表面光洁度就越高。当使用100 100 100 gfgfgf（0.981 N0.981 N0.981 N）以下）以下）以下负荷试验时，试样应进行金相抛光。同时，要求测量显负荷试验时，试样应进行金相抛光。同时，要求测量显负荷试验时，试样应进行金相抛光。同时，要求测量显微镜所测压痕长度的误差应小于微镜所测压痕长度的误差应小于

13、微镜所测压痕长度的误差应小于0.0005 mm. 0.0005 mm. 0.0005 mm. http:/http:/http:/西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院三实验器材三实验器材 HVS1000 HVS1000 HVS1000型数显显微硬度计由试验机主体、工作台、型数显显微硬度计由试验机主体、工作台、型数显显微硬度计由试验机主体、工作台、升降丝杠、加载系统、软键显示操作面板、高倍率光学升降丝杠、加载系统、软键显示操作面板、高倍率光学升降丝杠、加载系统、软键显示操作面板

14、、高倍率光学测量系统等部分组成。通过软键输入，能调节测量光源测量系统等部分组成。通过软键输入，能调节测量光源测量系统等部分组成。通过软键输入，能调节测量光源强弱，预置试验力保持时间，维氏和努氏试验方法切换。强弱，预置试验力保持时间，维氏和努氏试验方法切换。强弱，预置试验力保持时间，维氏和努氏试验方法切换。在软键面板上的在软键面板上的在软键面板上的LCDLCDLCD显示屏上，能显示试验方法、测试力、显示屏上，能显示试验方法、测试力、显示屏上，能显示试验方法、测试力、压痕长度、硬度值、试验力保持时间、测量次数等。压痕长度、硬度值、试验力保持时间、测量次数等。压痕长度、硬度值、试验力保持时间、测量次

15、数等。http:/http:/http:/西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院http:/http:/http:/西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院1.压头压头 2.压头螺钉压头螺钉 3.后盖后盖 4.电源插头电源插头 5.主主体体 6.显示操作面板显示操作面板 7.升降丝杆升降丝杆 8.10物物镜镜 9.定位弹簧定位弹簧 10.测量照明灯座测量照明灯座

16、11.数字式测微数字式测微目镜目镜 12.上盖上盖 13.照相接口盖照相接口盖 14.试验力变换手试验力变换手轮轮 15.照相、测量转换拉杆照相、测量转换拉杆 16.物镜、压头转换手物镜、压头转换手轮轮 17.转盘转盘 18.40物镜物镜 19.十字试台十字试台 20.旋轮旋轮 21.电源指示灯电源指示灯 22.电源开关电源开关 23.水水平调节螺钉平调节螺钉 24.面板式打印机面板式打印机http:/http:/http:/西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院http:/h

17、ttp:/http:/西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院三、实验方法和步骤：三、实验方法和步骤：1. 转动试验力变换手轮，选择符合要求的试验力。旋转变换手轮时，应动作缓慢，防止动作过快产生冲击。2. 打开电源开关（22），LCD屏上显示试验力变换手轮所选择的试验力，3. 转动物镜（18）、压头转换手柄（16），使40物镜处于主体前方。（光学系统总放大倍率为400）http:/http:/http:/西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学

18、院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院4. 将标准硬度试块（或被测试块）安放在试样台上，转动旋轮（20）使试样台上升，眼睛接近测微目镜观察。当标准试块或试样离物镜下端23mm时，目镜的视场中央出现明亮的光斑，说明聚焦面即将来到，此时应缓慢微量上升，直至在目镜中观察到试块（样）表面的清晰成像。5. 将转换手柄逆时针转动，使压头主轴处于主体前方，此时压头顶尖（1）与焦平面间的间隙约0.40.5 mm。当测量不规则的试样时，一定要注意不要使压头碰及试样，以免造成压头损坏。http:/http:/http:/西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院

19、西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院6. 根据试验要求键入需要的试验力延时保荷时间。每键一次为5 秒，“+”为加，“-”为减。7. 按下”START”键，此时加试验力，（LOADING）LED指示灯亮。8. 试验力施加完毕，延时（DWELL）LED亮，LCT屏上按所选定时间倒计时，延时时间到，试验力卸除，卸力指示（UNLOADING）LED亮。在LED 未灭前，不得转动压头测量转换手柄，否则会影响压痕测量精度，甚至损坏仪器。9. 将转换手柄顺时针转动，使40物镜处于主体前方，这时可在目镜中测量压痕对角线长度。10.在测量前，先将测微镜右边的鼓轮顺时针旋转，使目镜内的两刻线边缘相近移动。当两刻线边缘相近时，透光缝隙逐渐减少，当两刻线间处于无光隙的临界状态时，按下“CL”键清零。 http:/http:/http:/西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院西南大学材料科学与工程学院11.先转动左侧鼓轮，使左边刻线对准压痕一角，在转动右侧鼓轮，两刻线分离，使右侧刻线对准压痕另一角。当刻线对准压痕对角线无误时