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影响维氏硬度值的因素及误差分析

 

影响维氏硬度值的因素及误差分析
一、影响维氏硬度值的因素
理论分析和试验结果表明,维氏硬度值与下列因素有关:

1、 试验力:硬度值大小与试验力大小、试验力方向、试验力保持时间极其施加速度有关。

2、压头:硬度值与金刚石压头两相对面夹角、横刃及其四棱锥体的表面粗糙度等均有关。当压头顶端不是一个点而是一条线时,称这条线为压头横刃。

3、 试样:硬度值与试样材质、形状和表面粗糙度、压痕间和压痕到试样边缘间距离以及试样温度等均有关。
二、维氏硬度试验误差分析
1、压痕对角线长度测量不精确引起的硬度测量误差
-----当压痕对角线长度测量大了,硬度测得值较硬度真值低;反之,当压痕对角线长度测量小了,硬度测得值较硬度真值高。压痕对角线越长,则硬度测量相对误差越小。因此当试验条件允许时,应尽量选用较大的试验力,以便能得到较大的压痕,减少硬度测量相对误差。

2、试验力偏离标准值引起的硬度测量误差
-----试验力较标准值偏大时,硬度测得值较硬度真值低;反之,试验力较标准值偏小时,硬度测得值较硬度真值高
JJG151-1991《金属维氏硬度计检定规程》规定:维氏硬度计试验力允许误差为±1.0%。
JJG260-1991《显微硬度计检定规程》规定:对于≤0.9807N的试验力允差为±2.0%,>0.9807N的试验力允差为±1.5%,≥1.961N的试验力允差为±1.0%。

3、试验力不垂直于试样表面引起的硬度测量误差
-----排除压头的因素,只要测量压痕两条对角线长度并取其平均值来计算硬度值,此种因素引起的硬度测量误差很微小。

4 、试验力保持时间偏离标准值引起的硬度测量误差
-----随着试验力保持时间的增加,硬度值降低;当试验力保持一段时间后,硬度值变化趋缓。
检定规程规定:试验力保持时间为10~15s。

5、试验力施加速度引起的硬度测量误差
-----随着试验力施加速度的增加,硬度值降低。
JJG151-1991《金属维氏硬度计检定规程》规定:维氏硬度计施加试验力速度应为0.15~0.25mm/s或用压入时间表示应为2~5s。
JJG260-1991《显微硬度计检定规程》规定:显微硬度计施加试验力速度应为0.02~0.07mm/s。

6、 金刚石压头两相对面夹角偏离标准值引起的硬度测量误差 夹角α偏大,硬度测得值较硬度真值偏低。
-----JJG334-1993《金刚石压头检定规程》规定:金刚石棱锥体相对两棱面夹角,维氏压头应为136±0.5°;小负荷和显微维氏压头应为136±0.25°。

7、压头横刃引起的硬度测量误差
-----由于压头有横刃,压痕变成长方形,使测得的压痕对角线长度增加,硬度值降低,带来负的硬度测量误差。在显微硬度试验范围内,压头横刃的影响非常大。
JJG334-1993《金刚石压头检定规程》规定:金刚石棱锥体压头顶端横刃长度,维氏压头应不大于2um;小负荷和显微维氏压头应不大于1um。

8、金刚石压头表面粗糙度不符合规定引起的硬度测量误差
-----压头表面粗糙度增加,压头压入阻力增加,使硬度值升高。
JJG334-1993《金刚石压头检定规程》规定:金刚石压头表面粗糙度,RZ≤0.1um。

9、 试样材质不同引起的硬度测量误差
-----试验结果表明,不同材质压痕形状不同,对压痕对角线真实尖端的判断造成困难,因此带来硬度测量误差。

10、试样表面粗糙度不符合规定引起的硬度测量误差
试样表面粗糙度越小,压痕边缘越清晰,则压痕对角线长度的测量越稳定,因而能得到较精确、稳定的硬度值。

11、 试样形状不符合规定引起的硬度测量误差
-----试样厚度减小到一定程度,将使硬度值降低。试样表面不是平面时,硬度值随着试样曲面直径的变化而变化。
GB/T4340.1-1999《金属维氏硬度试验第1部分:试验方法》规定:试样或试验层厚度至少应为压痕对角线长度的1.5倍,试验后试样背面不应出现可见变形痕迹;对于在曲面试样上试验的结果,应使用修正系数表进行修正;对于小截面或外形不规则的试样,可将试样镶嵌或使用专用支承台进行试验。

12、 压痕间和压痕到试样边缘间距离不符合要求引起的硬度测量误差
-----压痕间距离太近,将使硬度值升高;压痕到试样边缘间距离太近,将使硬度值降低。
GB/T4340.1-1999《金属维氏硬度试验第1部分:试验方法》规定:任一压痕中心距试样边缘距离,对于钢、铜及铜合金至少应为压痕对角线长度的2.5倍,对于轻金属、铅、锡及合金至少应为压痕对角线长度的3倍;两相邻压痕中心之间距离,对于钢、铜及铜合金至少应为压痕对角线长度的3倍,对于轻金属、铅、锡及合金至少应为压痕对角线长度的6倍,如果两相邻压痕大小不同,应以较大压痕确定压痕间距。


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