顯微維氏硬度計的正確使用

　　硬度是材料機械性能重要指標之一，而硬度試驗是判斷材料或產(chǎn)品零件質(zhì)量的一種手段。所謂硬度，就是材料在一定條件下抵抗另一本身不發(fā)生殘余變形物體壓入能力。抵抗能力愈大，則硬度愈高，反之則硬度愈低。在機械性能試驗中，測量硬度是一種容易、迅速的方法，也是生產(chǎn)過(guò)程中檢查產(chǎn)品質(zhì)量的措施之一，由于金屬等材料硬度與其他機械性能有相互對應關(guān)系，因此，大多數金屬材料可通過(guò)測定硬度近似地推算出其他機械性能，如強度、疲勞、蠕變、磨損和內損等。所以硬度計被廣為應用。
 

　　一、顯微硬度計工作原理和組成
 

　　顯微硬度計是近年來(lái)常用測量硬度的設備。測量硬度是通過(guò)升降顯微硬度計的調焦機構、測量顯微鏡、加荷機構，正確選擇負荷、加荷速度進(jìn)行全自動(dòng)加卸試驗力及正確控制試驗力保持時(shí)間，通過(guò)顯微硬度計光學(xué)放大，測出在一定試驗力下金剛石角錐體壓頭壓入被測物后所殘留壓痕的對角線(xiàn)長(cháng)度，來(lái)求出被測物硬度值。
 

　　二、顯微硬度計的正確使用
 

　　由于顯微硬度試驗往往是對很小的試樣(如針尖)，或試樣上很小的特定部位(如金相組織)進(jìn)行硬度測定，而這些情況難以用人眼來(lái)進(jìn)行觀(guān)察和判定，而且顯微硬度試驗后所得壓痕非常小，這也是難以人眼來(lái)尋找，更不用說(shuō)進(jìn)行壓痕對角線(xiàn)長(cháng)度的測量，所以非得用顯微鏡才能進(jìn)行工作。正確使用顯微硬度計，除了正確選擇負荷、加荷速度、保荷時(shí)間外，測量顯微鏡使用的正確與否是十分重要的?，F就如何正確使用顯微硬度計作簡(jiǎn)要介紹。
 

　　1
 

　　負荷的選擇
 

　　為確切得到被測對象的真實(shí)硬度，必須選擇恰當負荷。選擇負荷應考慮以下幾個(gè)原則：
 

　　a、在測定薄片或表面層硬度時(shí)，要根據壓頭壓入深度和試件或表面層厚度選擇負荷。因為一般試件或表面層厚度是知道的，而被測部位硬度或硬度范圍也應是可知道的，基于壓頭壓入試樣時(shí)擠壓應力在深度上涉及范圍接近于壓入深度的10倍，為避免底層硬度的影響，壓頭壓入深度應小于試件或表面層的十分之一。
 

　　b、對試樣剖面測定硬度時(shí)，應根據壓痕對角線(xiàn)長(cháng)度和剖面寬度選擇負荷?；趬侯^壓入試樣時(shí)產(chǎn)生的擠壓應力區域大可從壓痕中心擴展到4倍對角線(xiàn)的距離。為避免相鄰區域不同硬度或空間對被測部位硬度影響，所以壓痕中心離開(kāi)邊緣的距離應不小于壓痕對角線(xiàn)長(cháng)度的2.5倍，即壓痕對角線(xiàn)長(cháng)度為試件或表面層剖面寬度的五分之一。
 

　　c、當測定晶粒、相、類(lèi)雜物等時(shí)，應遵守以上兩個(gè)原則來(lái)選擇負荷，壓頭壓入深度不大于其厚度的1/10，壓痕的對角線(xiàn)長(cháng)度應不大于其面積的1/5。
 

　　d、測定試件(零件、表面層、材料)平均硬度時(shí)，在試件表面尺寸及厚度允許的前提下，應盡量選擇大負荷，以免試件材料組織硬度不均勻影響試件硬度測定的正確性。
 

　　e、為保證測量準確度，在情況允許時(shí)，應選擇大負荷，一般應使壓痕對角線(xiàn)長(cháng)度大于20μm。
 

　　f、考慮到試件表面冷加工時(shí)產(chǎn)生的擠壓應力硬化層的影響，在選擇負荷時(shí)應在情況許可的情況下選擇大負荷。
 

　　2
 

　　測量顯微鏡的正確使用
 

　　a.尋找像平面
 

　　(1)針尖試樣應采用“光點(diǎn)找像法”。
 

　　一般顯微硬度計測量顯微鏡物方視場(chǎng)只有0.25～0.35mm，在此視場(chǎng)范圍外區域，在測量顯微鏡目鏡視場(chǎng)內，眼睛是看不見(jiàn)的。而針尖類(lèi)試樣往往小于0.1mm，所以在安裝調節試樣時(shí)，很難把此調節在視場(chǎng)內；如果此在視場(chǎng)周?chē)辉谝晥?chǎng)內，則在升降工作臺進(jìn)行調節時(shí)不小心就會(huì )把物鏡鏡片頂壞，即使不頂壞物鏡，找像也很困難，為解決這個(gè)問(wèn)題，提出“光點(diǎn)找像法”方法。
 

　　開(kāi)啟測量顯微鏡的照明燈泡，這時(shí)在物鏡下面工作臺上就有一個(gè)圓光斑，把針尖試樣垂直于工作臺安裝在此光斑的中心，升高工作臺，使此針尖的離開(kāi)物鏡約1mm，這時(shí)眼睛觀(guān)察部位，調節工作臺上的兩個(gè)測微絲桿，使物鏡下照明光點(diǎn)在前后左右對稱(chēng)分布在此上(這一步驟必須仔細)，隨后緩慢調節升降機構，這時(shí)在目鏡視場(chǎng)中即會(huì )看到一個(gè)光亮點(diǎn)，這就是此上的反射光點(diǎn)，再進(jìn)一步調節升降即可找到此針尖的像。

 

　　(2)表面光潔度很高的試樣(如顯微硬度塊)應采用邊緣找像法。
 

　　顯微硬度試驗中，試樣表面光潔度一般都是很高的，往往是鏡面，表面上沒(méi)有明顯觀(guān)察特征，而顯微硬度計中所有高倍測量顯微鏡的景深都是非常小的，只有1～2μm，所以在調焦找像平面時(shí)，對于缺乏經(jīng)驗的操作者是很困難的，甚至會(huì )碰壞物鏡，所以操作者有的留用表面殘留痕跡來(lái)找像平面，但有時(shí)往往無(wú)殘留痕跡時(shí)，建議采用邊緣找像法。即按上述同樣方法使用照明光點(diǎn)(約為0.5～1mm)的中心對準試樣表面輪廓邊緣，則在目鏡視場(chǎng)內看到半亮半暗的交界處即為此輪廓邊緣，隨后進(jìn)一步調節升降即可找到此表面邊緣的像。
 

　　b.調節照明
 

　　為防止傾斜照明對壓痕對角線(xiàn)長(cháng)度測量準確度的影響，要調節照明光源，使壓痕處在視場(chǎng)中心時(shí)按兩對角線(xiàn)區域分的四個(gè)區間亮度一致，通過(guò)觀(guān)察測微目鏡視場(chǎng)內壓痕像的清晰程度，可將照明光源經(jīng)上、下、前、后、左、右方向稍稍移動(dòng)，直至觀(guān)察到壓痕像明亮，沒(méi)有陰影為止；移動(dòng)工作臺微分筒將壓痕像前、后、左、右移動(dòng)，測微目鏡視場(chǎng)內均應明亮，沒(méi)有陰影的壓痕像為好。
 

　　c.視度歸正
 

　　我們知道測量顯微鏡測壓痕時(shí)，是把壓痕經(jīng)物鏡放大后，成像在目鏡前分劃板上，進(jìn)行瞄準測量。由于人眼視差異(如正常眼、近視眼、遠視眼)，作為放大鏡作用的目鏡必須放在各種不同位置，才能對分劃板的刻線(xiàn)作清楚觀(guān)察(即刻線(xiàn)這時(shí)為“細”)，這個(gè)步驟(調節目鏡相對于分劃板距離)稱(chēng)為視度歸正，不然會(huì )影響測量正確性。
 

　　d.壓痕位置的校正
 

　　通過(guò)試驗力載荷在測微目鏡視場(chǎng)看到的壓痕像，若其偏移視場(chǎng)中心較大，則需要進(jìn)行壓痕位置校正，通過(guò)物鏡座幾個(gè)調整螺釘反復調整，直到在測微目鏡視場(chǎng)內壓痕像居中為止，(調整幾個(gè)螺釘時(shí)不要移動(dòng)工作臺)并相互鎖緊。
 

　　e.調焦
 

　　為找到正確成像位置，應注意要調節使壓痕邊緣清晰，而不是壓痕對角線(xiàn)或對角線(xiàn)交點(diǎn)清晰。我們需要測量的是這個(gè)四棱角錐體坑表面棱形的對角線(xiàn)長(cháng)度。為幫助操作者掌握這一步驟，這里提出“視差判別法”，當用分劃板刻線(xiàn)或十字交點(diǎn)對準壓痕對角線(xiàn)時(shí)，人眼相對于目鏡左右移動(dòng)，這時(shí)如調焦不正確，即壓痕邊緣象不*落在分劃板上，則會(huì )發(fā)現此邊緣相對于分劃線(xiàn)會(huì )左右移動(dòng)。這說(shuō)明調焦不正確，如人眼相對目鏡的位置不一致，則一定存在測量誤差，此時(shí)應進(jìn)一步調焦，直至此邊緣相對分劃線(xiàn)在人眼晃動(dòng)時(shí)無(wú)相對位置才為正確。
 

　　三、掌握正確的測量方法
 

　　1.旋轉測量目鏡，使分劃板的移動(dòng)方向和待測壓痕對角線(xiàn)方向平行，這樣可避免兩者夾角對測量準確度的影響。如兩者夾角為α，實(shí)際長(cháng)度為d，則測得長(cháng)度d’=d/cosα，而且對于用十字線(xiàn)交點(diǎn)瞄準壓痕對角線(xiàn)，當兩者有一交角時(shí)，會(huì )造成其對角線(xiàn)一端對準十字線(xiàn)交點(diǎn)時(shí)，另一端則不能對準。
 

　　2.測量壓痕對角線(xiàn)長(cháng)度，在瞄準時(shí)必須瞄準壓痕對角線(xiàn)的兩端，不必考慮壓痕棱形四邊情況。這對于分劃板上刻線(xiàn)是直線(xiàn)的情況是不成問(wèn)題的，而對于分劃板上刻線(xiàn)是十字線(xiàn)，瞄準壓痕棱邊還是對角線(xiàn)的爭論時(shí)常發(fā)生，為統一各種分劃線(xiàn)的瞄準，所以確定了這一原則，這樣也可解決棱邊多種多樣復雜情況下的瞄準問(wèn)題。
 

　　3.測量中應注意的幾個(gè)問(wèn)題
 

　　a、機械式測微機構測量目鏡，測量時(shí)應單向轉動(dòng)測微手輪，消除空回對測量的影響。
 

　　b、對于同時(shí)測定型的測微目鏡，操作者應注意兩塊分劃板刻線(xiàn)重合時(shí)，測微讀數零位是否正確，如不正確，應規正微分簡(jiǎn)或測量后加以讀數修正。
 

　　c、對數字式測微目鏡，在每次開(kāi)機后應使兩塊分劃板刻線(xiàn)無(wú)線(xiàn)接近，中間有條細微的縫，似看到似看不到，然后按“清零”鍵，使讀數歸零。
 

　　d、當壓痕兩條對角線(xiàn)長(cháng)度不等時(shí)，應測量?jì)蓷l對角線(xiàn)長(cháng)度，并取其平均值。
 

　　e、在旋轉測量顯微目鏡使其分劃板的移動(dòng)方向和壓痕待測對角線(xiàn)平行后，可在此對角線(xiàn)垂直方向上移動(dòng)工作臺，使對角線(xiàn)落在分劃板十字線(xiàn)交點(diǎn)移動(dòng)的軌跡上，但在用此交點(diǎn)進(jìn)行瞄準時(shí)，則應轉動(dòng)測微目鏡的手輪，而不應移動(dòng)工作臺。
 

　　f、操作人員應嚴格訓練，經(jīng)常以標準顯微硬度塊校驗自已的瞄準準確度。