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： 400 ×

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

3 試驗結果

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定的不同負荷下比較，但由于有的合金硬度值穩定時的負荷較大，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 的關系曲線

選擇負荷在 500g 以內各種材料顯微硬度的穩定值或接近穩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的關系曲線，見圖 2 。

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

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，據文獻［ 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。基于上述理由認為，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．的影響

各單位對試樣表面質量的要求不同，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，獲得表面質量不同的試樣，以觀察表面質量的影響。

不同的制備方法所能達到的表面質量見表 1 ，表面質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，測試結果見表 3 。

實踐證明，各單位的測試結果往往不一致，其中 125 廠*高， 212 廠*低，高低值相差 39.7 ，若以百分數表示則差 13％。這樣懸殊的差異使各單位之間的測試結果難以比較，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。

為了提高測試的正確性，我們主張用標準顯維硬度塊統一測試結果，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果的準確性。

4 結論

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果的準確性。