试验四材料的显微硬度测量

1、实验四材料的显微硬度测量姓名：许航 学号：141190093系别：材料科学与工程系专业：材料物理组号：A9实验时间：4月13号一、实验目的：.掌握维氏显微硬度测量的原理；.初步掌握显微硬度仪的操作；.利用显微硬度仪测量并比较铝、不锈钢、铜、塑料等材料的硬度。、实验原理:(a)压头(金刚石帷体)(b)维氏硬度压痕维氏硬度测量法是在 1924年由史密斯和桑得兰德 合作首先提出的。以后由英 国维克斯阿姆斯特朗公司 在1925年第一个制造出这种 硬度计，因而习惯称为维氏 硬度检测方法。维氏硬度检测法是用面 角为136的正四棱锥体金 刚石压头，在一定的静检测 力作用下压入试样的表面， 保持规定时间后，卸

2、除检测图1维氏显微硬度的测量原理力，测量试样表面压痕对角线长度(如图1)。并据此计算出压痕凹印面积，维氏硬度是检测力除以压痕表面积所得的商，压痕被视为具有正方形基面并与压头角度相同的理想形状。根据测力的大小差别，应用三种类型的维氏硬度测量仪，如表 1所示。表1维氏硬度测量中的检测力范围检测力范围/N硬度符号检测力名称F 之 49.03之HV5维氏硬度检测1.961 F 49.03HV 0.2 HV5小负荷维氏硬度检测0.09807 F 1.961HV0.01 Y HV0.2显微维氏硬度检测本实验中所用仪器将在“实验仪器” 节中介绍，它覆盖了显微维氏硬度检测的全部范围和小负荷维氏硬度检测的部分范

3、围。不同于布氏及洛氏硬度测量法，维氏 硬度测量法对于测量均匀材料，所得硬度 与检测力呈正比关系， 因此，测量中可任 意选择检测力。维氏硬度测量中，硬度值可根据以下 公式计算： TOC o 1-5 h z 压痕表面积A式中，HV 维氏硬度符号；F试3金力(N);图2维氏硬度压痕计算原理图一八一、一一一,2、A角锥压痕面积(mm )；,11常数=，=10.102gn 9.80665角锥压痕面积A应等于四个角锥凹印倒四棱锥体侧面面积2、S(mm)之和,即：A=4S2e 1.1a .-a /S = a*l=asin=/sin222242式中l 印痕凹印每面斜三角形之高(mm);所以 A = a2 /s

4、in 2设d为压痕对角线长度，因为 d 2 = 2a2,所以a = 3d 2A=()2/sin TOC o 1-5 h z 22a/2si n20.102F *2sin 0.102F2最后得到HV = =22:d2d2 /2sin-d当口 =136时HV0.102F 2sin68d2-0.1891-F2 d2这个结果与检测力用千克力相同,这是因为力值用 N为单位时，是定义9.807为一维氏硬度单位。在实际应用中，一般不直接计算维氏硬度， 而是按所用检测力及压痕对角线长度从对照 表中查出具体的硬度值。三、实验仪器与材料HV-1000型显微硬度计它是采用精密机械技术和光电技术的显微维氏和努氏硬度测

5、试仪器，采用微机控制，通过软健能调节测量光源强弱，可预置试验力保持时间， 以LED显示。测量读数机构为可一次读数的压痕测量转换和测微目镜，使用方便，测量精度高。适用于测定微小、薄形试件、表 面渗镀层等试件的显微硬度；其中，操作面板功能介绍：图中标示为“ a” 启动：施加试验力键；延时指数一一开机指示为203按“ + ”为递增，按“”为递减，每按一次变换5S,范围560S,任意键入；121314图3 HV- 1000型显微硬度仪1.压头2.压头螺丝6.显示操作面板7.升降丝杆11.测微目镜12.上盖杆16.物镜、压头转换手轮20.旋轮21.电源指示灯3.后盖 4.电源插头插头 5.主体8. 10

6、X物镜 9.定位弹片10.测量照明灯座13.照相接口盖14.实验力变换手轮15.照相/测量转换拉17.转盘 18. 40 X物镜 19.十字试台22.电源开关23.水平调节旋钮 (3) 测量光源一一开机为中性亮度，按“ 十 ”为亮度增加，按“”为亮度减弱;2.标准显微硬度块（两块）;型号检定温度检定湿度标准值硬度均匀值HV120 C60%726HV1.7%HV220 C60%530HV3.4%3.待测材料：无氧铜片、光盘片、铁片、铝片。四、实验步骤:.打开电源开关，指示灯及光源灯亮；.转动物镜、压头转换手柄，使40 X物镜处于主体前方位置。（光学系统总放大倍率为 400 X,处于测量状态。）.

7、将标准试块或其它试样放在试台上，转动旋轮使试台上升。眼睛接近测微目镜观察。当试样或试块离物镜下端 23mm时，在目镜的视场中心出现明亮光斑，说明聚焦面即将到来，此时应缓慢微量上升，直至在目镜中观察到试块或试样表面的清晰成像。这时聚焦过程完成。.如果在目镜中观察到的成样呈模糊状或一半清晰一半模糊，则说明光源中心偏离系统光路中心，需调节灯泡的中心位置。如果视场太暗或太亮则可通过操作面板上的软键调节 光源强弱。.如果想观察试块或试样上的较大视场范围，可将物镜压头转换头柄逆时针转至主体前方，此时，光学系统总放大倍率为100X,处于观察状态。（注：当转换10X和40X物镜时聚焦面有微量变化，可微调升降丝

8、杆，聚焦时建议在40 X物镜下进行。）.将转换手柄逆时针转动，使压头主轴处于主体前方，此时压头顶尖与聚焦好的平面之间间隙约为0.40.5mm。当测量不规则的试样时，要小心，防止压头碰及试样， 损坏压头。.转动试验力变换手轮，使试验力符合选择要求。旋转试验力变换手轮时，应小心缓慢地 进行，防止过快产生冲击。.根据试验要求在操作面板上键入试验力延时保荷时间。.按下操作面板上的“启动键”，此时加试验力，LED指示灯亮。.试验力施加完毕，延时 LED亮，数码管显示逆计数时间到， 试验力开始卸除，卸试验力 LED亮。在LED未灭前，不准转 动物镜压头转换手柄，否则会造成仪器损坏。.当卸荷试验力指示灯 L

9、ED灭，显示屏出现设定的时间时方可 将转换手柄顺时针转动，使40 X物镜处于主体前方。 这时就可在测微目镜中测量对角线长度（分别测量水平方向和竖直方向的长度，按下测量按钮记录数据），显示屏会出现计算后的硬度值。测量时由目镜可观察到如图4的视图。测量时两根测量线长度在 50m较为合适。五、实验数据处理测量显微镜对压痕的计算方法如下：L=n x l式中：L压痕对角线长度（pm）; n一所测压痕的测微目镜鼓轮格数；l测微目镜鼓轮最小分度值（40X时为0.5 m）在计算出L后查附表试验力为 1gf的显微维氏硬度值表，从表中查得压痕对角线长 度对应的硬度值，再乘以实际的试验力与1gf的比值，即得所测试样

10、的硬度。六、实验数据铁片D1 (m) 59.43D2 ( m) 64.90硬度示数96.0Hv应力的选择0.2铝片68.2170.0038.8Hv0.1铜片58.3760.28105.4Hv0.2普通CD光盘58.9358.0013.6Hv0.025分析如下：.从实验数据中可以看出，四种被测量的材料的硬度排序如下：铜块 铁钉 铝盘 普通CD光盘。而通过查硬度表可以知道，所得铁片的硬度数据有偏差，严重偏小，导致硬度排序有问题。经小组分析，本次实验所用的铁块存在大量因为外力凿出的小孔，小孔密度很大， 表面存在大量缺陷，可能会对受压力形变的过程产生影响；也有可能所使用的铁片不纯， 掺杂了其他硬度较低

11、的金属。.从实验数据可以发现， 随着材料硬度的提高 D1和D2的长度值都在减小，从宏观上我们可 以理解为，因为材料硬度与测试探头硬度的逐渐接近，测试探头在材料表面留下痕迹的能力追渐渐弱，所以所留下的痕迹逐渐变浅，面积逐渐变小，所以对角线长度也在逐渐变小。.在测试应力的选择上不同的材料所能承受的应力并不相同，应选择合适的试验力。以光盘这种厚度较小以及脆性较高的材料为例，在测试中对于光盘的测试应力选择分别选择了0.001、0.025、0.05N这三个档位的测试力，发现当选择的测试力为0.001N的时候，在光盘表面所得的刻痕太浅，会导致在观察中出现边界不明晰，这样会使读数相对于实际值出现比较大的误差

12、。在选择试验力为0.025N的时候，刻痕清晰读数准确，且对表面并未造成太大伤害。在选择试验力为0.05N的时候，由于压力的过大，光盘表面压痕位置在显微镜下出现裂痕（表面肉眼较难看到）。这是被测试材料就会出现损伤，这样测出的数值必然是不准确的。而对于铜、铁、铝等硬度和厚度都较大的被测试样品而言，试验力的选择范围会相对比较广泛一些，但应该控制试验力不要过大或者过小。 过大导致探头整个陷入材料中，所得的压痕由于受到探头面积的限制而较小,这样所测得的硬度会明显偏小。而在所选试验力过小的时候， 所留下的压痕比较浅， 导致边界并不清晰， 读数误差过大会对 实验结果产生比较大的影响。所以在实验中上述两种情况

13、都应该是要被避免的，在选择测试应力的时候，应从小到大逐档增加，在各个图像中选择清晰，完整，对样品无损伤的样品。七误差分析在本次试验中，可能引起误差的方面包括：.在观察时，压痕的垂直对角线并未与目镜中所给的观察准线完全垂直，导致在后续测量中 的所测的数值偏小。.在测量对角线长度的时候，由于对焦的原因导致边界模糊，在读数时，会对刻度线的对准 产生比较大的影响。.在边界清晰时，由于每个人视力的不同以及观察的误差，在读数时会产生误差。.在测视力的选择上，会对实验结果产生影响。以光盘这种厚度较小以及脆性较高的材料为例，在测试中对于光盘的测试应力选择分别选择了0.001、0.025、0.05N这三个档位的测试力，发现