曹敬韞

以維氏硬度試驗(yàn)原理為基礎(chǔ)，確定維氏硬度試驗(yàn)時(shí)，務(wù)必保證硬度值的準(zhǔn)確性，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，分析產(chǎn)生試驗(yàn)力誤差的原因，并在此基礎(chǔ)上深入研究各類(lèi)因素對(duì)維氏硬度檢測(cè)數(shù)值的影響，最終在掌握各影響因素的前提下，采取措施進(jìn)行優(yōu)化處理，將測(cè)量誤差控制到最小。

一、維氏硬度試驗(yàn)原理

維氏硬度試驗(yàn)所應(yīng)用的金剛石正四棱錐體，其壓頭兩相對(duì)面夾角保持136°，確定壓頭試驗(yàn)力為F，以此作用來(lái)壓入試件表面，保持一定時(shí)間后，將試驗(yàn)力卸除?？稍谠嚰砻娴玫揭粋€(gè)正四棱錐形的壓痕，對(duì)此壓痕的對(duì)角線長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量得到d，然后根據(jù)平均值來(lái)計(jì)算并得出壓痕表面積。［1］維氏硬度值即試驗(yàn)力F除以壓痕表面積的數(shù)值，以HV表示。其計(jì)算公式為：

其中，α表示金剛石壓頭頂部量相對(duì)面夾角136°，F(xiàn)表示試驗(yàn)力，d表示兩壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度d1與d2的算數(shù)平均值。

二、維氏硬度試驗(yàn)力誤差分析

（一）試驗(yàn)力誤差分析

在維氏硬度試驗(yàn)中，可將專(zhuān)用支承件放置在三等標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力計(jì)軸線位置，利用待檢硬度計(jì)對(duì)測(cè)力儀負(fù)荷預(yù)壓三次，完成零點(diǎn)調(diào)整，此時(shí)支承件重力不會(huì)對(duì)測(cè)力準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，并且，還可以避免卸裝支撐件壓頭，不僅可提升測(cè)力準(zhǔn)確性，同時(shí)還能縮短試驗(yàn)時(shí)間。其中，試驗(yàn)力、硬度值以及主軸上下端間隙等均會(huì)對(duì)硬度計(jì)符合杠桿實(shí)際下沉位置產(chǎn)生影響，但實(shí)際操作中無(wú)法有效標(biāo)記測(cè)量下沉位置，一般只對(duì)最大下沉位置進(jìn)行測(cè)量。受到試驗(yàn)力影響，測(cè)力儀彈性體會(huì)產(chǎn)生較大變形，不得在試驗(yàn)期間將試臺(tái)升高，同時(shí)在上升試驗(yàn)時(shí)還要施加一定試驗(yàn)力，保證試驗(yàn)力全部作用在測(cè)力儀上。對(duì)整個(gè)維氏硬度試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行分析，可以確定主軸、杠桿系統(tǒng)、工作周以及砝碼重力經(jīng)過(guò)杠桿比放大形成的力均可看作試驗(yàn)力，另外還有試驗(yàn)過(guò)程中的摩擦力。由此可以確定，杠桿比、工作軸重力、杠桿主軸、砝碼以及摩擦力等全部為導(dǎo)致維氏硬度試驗(yàn)出現(xiàn)誤差的原因。

（二）誤差檢定

試驗(yàn)時(shí)應(yīng)用最小級(jí)力值硬度計(jì)，將測(cè)力儀放置在試臺(tái)中心軸線位置，放置支承件后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪。試臺(tái)上升時(shí)確定支承件缺口與金剛石壓頭體對(duì)應(yīng)，繼續(xù)增加負(fù)荷，在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)將杠桿下沉到標(biāo)記范圍內(nèi)。然后調(diào)整試臺(tái)上下高度，將杠桿由原來(lái)水平位置降低到標(biāo)記位置，記錄兩個(gè)位置對(duì)應(yīng)的測(cè)力儀數(shù)值A(chǔ)1和A2，計(jì)算確定與杠桿支撐點(diǎn)的比值：A1-A2/A-100%。A為測(cè)力儀標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷下的數(shù)值，計(jì)算所得比值越小，則證明杠桿支承點(diǎn)越好，相反，比值越大則表示不同硬度下試驗(yàn)力變化明顯，誤差差異較大。出現(xiàn)此種情況的關(guān)鍵因素為負(fù)荷杠桿三個(gè)支承點(diǎn)存在磨損，接觸面積加大，當(dāng)面對(duì)不同的下沉位置時(shí)，支承位置會(huì)發(fā)生改變，相應(yīng)的杠桿比值也會(huì)變化。［2］另外，因?yàn)槿齻€(gè)支承點(diǎn)中鋼球與刀刃壓力較大，磨損情況嚴(yán)重，當(dāng)上述比值超過(guò)1%后，必須對(duì)鋼球和刀刃進(jìn)行檢查，并對(duì)磨損部位進(jìn)行修復(fù)，確認(rèn)刀刃寬度維持在0.1mm內(nèi)。

另外，上下調(diào)整試臺(tái)位置時(shí)，測(cè)力儀會(huì)得到兩個(gè)數(shù)值A(chǔ)3與A4。A3為試臺(tái)與主軸上升時(shí)，摩擦力向下，在與試驗(yàn)力保持同向狀態(tài)時(shí)，測(cè)力儀所得數(shù)值。A4為試臺(tái)與主軸下降時(shí)，摩擦力向上，在與試驗(yàn)力保持同向狀態(tài)時(shí)，測(cè)力儀所得數(shù)值。可確定：

其中，K表示常量，A表示標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷狀態(tài)下測(cè)力儀所測(cè)數(shù)值。根據(jù)此可確定摩擦力與試驗(yàn)力關(guān)系：Fr/Fs=A3-A4/2A

其中，F(xiàn)r表示摩擦力，F(xiàn)s表示試驗(yàn)力。兩者比值超過(guò)1%時(shí)，可確定摩擦力較大，相應(yīng)的試驗(yàn)力誤差也較大。分析此類(lèi)問(wèn)題的影響因素有：主軸、工作軸、保護(hù)罩臟污或銹蝕；主軸和工作軸兩者未保持同心狀態(tài)；主軸與彈簧張力差異較大，彈簧與掛孔配合誤差較大，導(dǎo)致主軸從運(yùn)行位置脫離，與導(dǎo)座產(chǎn)生摩擦。

（三）杠桿比校準(zhǔn)

以維氏硬度試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，對(duì)最小一級(jí)試驗(yàn)力誤差進(jìn)行計(jì)算：A4-A/A-100%。如果比值超過(guò)1%，則需要對(duì)試驗(yàn)力進(jìn)行校準(zhǔn)操作。其中，假如試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)用了至少兩種試驗(yàn)力，則還需對(duì)杠桿比進(jìn)行測(cè)定與校準(zhǔn)。實(shí)際操作中如果發(fā)現(xiàn)杠桿比異常，需要對(duì)固定支架螺絲進(jìn)行檢查，確認(rèn)是否存在松動(dòng)問(wèn)題，檢查后偏離位置較小，可直接調(diào)整刀子位置來(lái)將誤差消除，完成杠桿比校準(zhǔn)。如果調(diào)整到極限仍無(wú)法校準(zhǔn)，則需要將刀子調(diào)整到中間位置，并對(duì)偏心螺釘進(jìn)行調(diào)整，最大限度地減小偏心螺釘對(duì)主軸上端面以及偏釘球面之間的間隙，將其帶來(lái)的影響降到最小。

三、結(jié)語(yǔ)

靜態(tài)力測(cè)定硬度的方法中，維氏硬度試驗(yàn)方法具有最高的精確度，適用性非常強(qiáng)，可以測(cè)量的硬度范圍廣泛。但是想要保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，還需要做好誤差鑒定和校準(zhǔn)，排除各項(xiàng)因素造成的不良影響。