材料显微硬度的测定

2） 光线强弱可通过面板软键 LIGHT+ 或LIGHT- 来调节使 视场光线柔和，反差适中。 4. 试样 1） 试样表面必须请洁。如表面沾有油污，可用汽油、酒精或 乙醚等擦拭。 2） 当试样为细丝、薄片或小件时，可分别使用相应的夹持台 夹持后，在放在十字试台上进行试验。如试样小到无法夹持，则可 将试样镶嵌抛光后再进行试验 5. 显微摄影仪 1） 本仪器配有显微摄影仪，当需要摄影时，卸下照相接口盖 （13）螺钉，取下盖板，将照相机接口旋入目镜座螺纹内。 2） 取下照相机标准镜头，将照相机接口对准照相机镜头孔内， 使卡簧卡位。
氏试验方法切换。在软键面板上的LCD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，并能键入测试时间。试验结果由打印
机输出。
图40-2 HVS-1000型数显显微硬度计外观图
1.压头 2.压头螺钉 3.后盖 4.电源插头 5.主体 6.显示操作面板 7.升降丝杆 8.10×物镜 9.定位弹簧 10.测量照明灯座 1 1.数字式测微目镜 12.上盖 13.照相接口盖 14.试验力变换手轮 15.照相、测量转换拉杆 16.物镜、压头转换手轮 17.转盘 18.40×物镜 19.十字试台 20.旋轮 21.电源指示灯 22.电源开关 23.水平调节螺钉 24.面板式打印机
1. 努氏金刚石压头是一个对面角分别为172030ˊ和13 00,顶端横刃不大于1 μm的菱形四面锥体(见图40—1所示)， 在规定的荷重下（一般为0.1 kgf = 0.981 N），在压头接 触试样前开始，以0.20± 0.05 mm/min的低速压人试样表面， 并使压头与试样保持接触20～50秒钟，卸载后，测量压痕 的长对角线长。努氏硬度（KHN）值是所施加的负荷P与永 久压痕的投影面积S之比。即： KHN = P/S = P/C L2 = p/9.81 C L2 (40—1) 式中：P ── 所施加的负荷（kg f） ； p ── 所施加的负荷（N） ；
9. 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0.4～0.5 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。
10. 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。 11. 按下”START”键，此时加试验力，（LOADING）LED指示灯亮。 试验力施加完毕，延时（DWELL）LED亮，LCT屏上T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。 12. 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。 13. 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。
3） 再测微目镜中观察试样表面，当成像清晰后，将主 体左边上的照相测量转换拉杆（15）拉出，此时光路转换到 拍摄状态。 4） 在摄影仪的目镜中观察试样表面，如不太清晰，可 微调视度调节圈或升降丝杠（7），视成像清晰。按动快门， 拍摄成像表面。 6. 环境要求 本仪器应安装在远离灰尘、震动、腐蚀性气体的环境中， 室温不应超过20℃±5℃，相对湿度不大于65 % 的环境中。 当光线零件沾有灰尘时，可用电吹风吹去或用软毛笔小心拭 去。若沾上污秽时可用脱脂棉或镜头纸蘸少许酒精轻轻擦拭， 但应光学零件的粘合剂脱胶。
材料显微硬度的测定
武汉理工大学
无机非金属材料实验—力学性能实验
硬度是材料微观结构的宏观表现。在材料研究中，硬
度数据的使用频率非常高，硬度测试的目的，并不一定是
用来表征所研究材料的使用性能，而是通过硬度试验获得 材料微观结构的有关信息。 材料抵抗机械作用的能力是材料最重要的性质之一。 不论是金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料或复 合材料，当它们用作机械部件、结构材料等用途时，一般 都要测定其力学性能。材料力学性能试验的内容较多，包 括拉伸、压缩、弯曲、剪切、冲击、疲劳、摩擦、硬度等。
图40—1 努氏压头的几何尺寸
2.维氏金刚石压头是将压头磨成正四棱锥体，其相 对两面夹角为136 0 。维氏显微硬度值是所施加的负荷（k g f）除以压痕的表面积（mm2 ）。 采用维氏金刚石压头时，其压痕深度约为对角线长度 的1/7。维氏硬度的计算公式如下：
l
HV

2 P Sin / 2 l
件最大宽度85 mm），擦净测量面待用。
五．测定步骤
㈠ 仪器使用前的准备 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，同时屏上显示“94年8月8日”初始化日期。 3. 光标位于“94年”下，按下“TIME+”或“TIME-”键选 择年份。按下“SPECI”键，光标移至“8月”下，按动 “TIME+”或“TIME-”键选择月份。同理，按上述步骤 选择日期。完成以上操作，当打印机输出测试结果时， 即打出所键入的日期。如不需要打印日期，可连按三次 “SPECI”键。
五.注意事项
1. 金刚石压头
1） 金刚石压头⑴和压头轴是仪器的精密的零件，因
此在操作的整个过程中都要十分小心，除施压测试时外， 其它时间都不要触及压头。
2） 压头应随时保持清洁，有油污或灰尘时，可用软
布或脱脂棉蘸酒精或乙醚小心擦洗。 3） 压头安装时，应将压头上的红点对准正前方， 此时压痕对角线和红点成一线。
六:思考题
1. 材料硬度测试有几种方法 ？
它们的适用对象是什么 ？ 2. 两种显微硬度测试方法的异同 是什么 ？ 3. 影响材料硬度测试准确性的因 素是什么 ？
七:主要参考文献
[1] 孙淑珍、张洪泉，陶瓷工艺实验，武汉工业大学， 1 995年，79～82 。 [2] 祝桂洪编著，陶瓷工艺实验，中国建筑工业出版社， 1987年6月(第一版)，121～125 。 [3] 廖目嶽、金文博译［美］V.E 莱萨特、A.德贝利斯 著，硬度试验手册，计量出版社1987年(第1版)，8 4～108 。 [4] GB/T 16534-1996 工程陶瓷维氏硬度试验方法。 [5] GB/T 4342-1991 金属显微维氏硬度试验方法。 [6] ASTM E 384 材料显微硬度试验。 [7] ASTM C 730-85(89) 玻璃努氏压痕硬度试验方法。
16.如对本次测量结果不满意。可重复进行测量或按 “SPECI”、“RESET”复位键重新进行试验。
17.LCD屏显示测量次数N ＞ 1时，可按“SPECI”、 “PRI”输出测试结果。第一次结果（N = 0）不予打 印。 18当目镜中观察到的压痕太小或太大影响测量时，需 转动试验力变换手轮，使试验力符合要求，这时应按 下“SPECI”和“RESET”键，LCD屏显示所选试验力。 ㈡ 试样的测定 上述测量正常后，将标准试件取下，将待测试样放 在试台上，按上述方法进行测定。
的表面光洁度就越高。当使用100 gf（0.981 N）以下
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0.0005 mm.
三．实验器材
HVS—1000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 测量系统等部分组成（见图40-2所示）。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
S L C A B
── ── ── ── ──
永久压痕的面积（mm2 ） ； 压痕长对角线的长度（mm） 1/2（ctg A/2×tg B/2）= 0.07028 纵向菱边夹角（172030′±5′） 横向菱边夹角（1300±30′）
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1：7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 此，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 长对角线长度的1/30 。
4. 5.
日期键入后，屏上显示D1、D2、HV、N，仪器进入工 作状态。 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×）。 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2～3mm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。此时聚焦过程完成。
2. 测微目镜 1） 由于各人观察目镜中的刻线存在着视差，在更换 观测者时，应微量调节焦距，使观察到的视场内的刻线内 侧清晰。 2） 当测量压痕对角线90°转动目镜视，要注意测微 目镜要紧贴目镜管，不能留有间隙，否则会影响测量的准 确性。 3. 显微镜光源 1） 光源照明灯的中心位置将直接影响压痕的成像质 量。如果象质模糊或光亮不均匀，可小心调节三个调节螺 钉，使灯泡中心位置与光学中心位置一致。
二．基本原理
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 表面，然后，测量压痕的深度或大小。 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1 Kgf(9.81 N)以上负荷进行的硬度试验。 显微硬度是指采用1Kgf(9.81 N)或小于1 Kgf(9.81 N)负荷 进行的硬度试验 。 无机非金属材料由于材料硬而脆，不能使用过大的测 试负荷，一般采用显微硬度测试表示。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。
显微硬度计
四．试样制备
HVS—1000型数显显微硬度计可测定微小、薄形试 件、表面渗镀层试件的显微硬度和玻璃、陶瓷、玛瑙、 宝石等脆性材料的显微硬度。 应选择成分均匀、表面结构细致和平整度好的样
品为待测试样。表面粗糙不平或平整度差的试样，由
于压痕会或多或少地发生变形，引起测量误差。 用切割工具切割试样（试件最大高度65 mm , 试
14.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，按下测微目镜下方的按 钮输入,并在显示屏的D1后显示。 15.转动右侧鼓轮转动时，LCD屏上D1后的数字闪烁，表 示结果还未输入，当结果输入后，光标转入D2。按上述 方法在测试另一对角线的长度，此时，LCD屏HV值就同 时显示。在进行努氏硬度测量时，只需测试对角线的长 度，Hk硬度值就立即显示。在进行维氏硬度测量时，为 了减少误差，应在两条垂直的对角线上测量，取其算术 平均值。
6.
7. 如果目镜中的成像呈模糊状或一半清晰一半模糊，则说 明光源偏离系统光路中心，需调节灯泡的位置。视场亮度可通 过操作面板上的软键来调节。 8. 如果想在目镜中获得较大的视场，可将物镜、压头转换 手柄逆时针转至主体前方，将光学系统的放大倍率调为100×。 转换10×和40×物镜时，聚焦面发生变化，可调节升降丝杠。 聚焦时建议在40×物镜下进行。
实验四十 材料显Fra Baidu bibliotek硬度的测定
一．目的意义
在材料研究中，硬度数据的使用频率非常高，硬度 测试的目的，并不一定是用来表征所研究材料的使用性 能，而是通过硬度试验获得材料微观结构的有关信息。 通过本试验要达到以下目的： 1. 了解无机非金属材料显微硬度测试的意义。 2. 了解影响无机非金属材料显微硬度的因素。 3. 学习显微硬度测试的原理与方法。
2

1854 P l
2

1854 P 9 . 81 l
2
（40—2）
式中：
── 压痕对角线长的平均值（mm） θ ── 金刚石压头相对面的夹角（1360 ）
l
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
备质量的一个标准。一般来说，试验负荷越轻，所要求