影響硬度測量準確性的因素及解決辦法

測量工作使用的儀器設備很多，每種儀器設備在使用時(shí)都有許多不利因素影響其測量值的準確性。本文僅對兩種常規儀器（洛氏硬度計、布氏硬度計）在使用時(shí)，容易被檢測人員忽略的一些較常見(jiàn)的影響因素進(jìn)行針對性分析，并提出了解決辦法。

    一、粗糙度的影響及解決辦法

    我們知道，用臺式硬度計測量布氏硬度時(shí)，硬度計的壓頭是鋼球壓頭，在一定的壓力下壓入被測表面而得到一個(gè)圓形壓痕，再用讀數顯微鏡測量圓形壓痕的直徑，然后在布氏硬度表中查找相應的硬度值，即被測試樣的硬度值，而被測表面的粗糙度直接影響硬度測量值的準確性。當被測表面粗糙度值大于Ra=0.8μm時(shí)，隨著(zhù)粗糙度值的增大，被測表面對壓頭的抗力愈小，其塑性變形愈大，圓形壓痕就愈大，相應的硬度值也就愈小，致使測量值偏低于其真實(shí)值。試驗證明，測量偏差在10HB以上（注：用臺式硬度計測量洛氏硬度時(shí)，粗糙度的影響較小，本文就不進(jìn)行分析了）。

    當我們用便攜式微電腦超聲硬度計測量硬度時(shí)，粗糙度的影響較用臺式硬度計就更大了。當被測表面粗糙度值大于Ra=0.8μm時(shí)，隨著(zhù)粗糙度值的增大，硬度計的金剛石角錐體壓頭與被測表面的接觸面積就會(huì )增大。這種接觸包括壓痕接觸和非壓痕接觸。

    壓痕接觸即壓頭自身壓入被測表面后壓頭與壓痕的接觸，接觸面積也是極微小的；而非壓痕接觸是指硬度計壓頭的錐面與被測表面輪廓峰斜面的接觸。非壓痕接觸對硬度測量是不利的。因為，微電腦超聲硬度計工作原理是借助于傳感器桿的超聲振動(dòng)測量硬度的。在均勻的接觸壓力下，使傳感器桿的諧振頻率隨試樣的硬度高低而改變。若試樣的硬度愈低，壓痕接觸面積愈大，被測表面對傳感器桿壓頭的阻尼愈大，傳感器桿壓頭振動(dòng)幅度就愈小，諧振頻率也就愈高。也就是說(shuō)，壓痕接觸面積愈大，超聲硬度計的示值愈低。而非壓痕接觸大大地增加了壓頭與被測表面的接觸面積，致使硬度計示值偏低于真實(shí)值。試驗證明，洛氏硬度測量偏差在10HRC左右；布氏硬度測量偏差在20HB左右。

    解決辦法：在測量試樣硬度時(shí)，我們必須注意被測表面粗糙度是否符合硬度計的檢測條件。在正常使用硬度計的條件下，必須保證試樣的被測表面粗糙度值小于或等于Ra=0.8μm，若試樣的被測表面粗糙度值大于Ra=0.8μm，可以通過(guò)機械方法（上磨床）或手工方法，對被測表面進(jìn)行研磨修整，使試樣的被測表面粗糙度達到檢側條件。將粗糙度影響程度降到最低，這樣我們才能獲得準確的測量值。

    二、擠壓層的影響及解決辦法

    擠壓層即經(jīng)車(chē)床精車(chē)加工出來(lái)的試件表面上的一層薄薄的硬層。試件在被精車(chē)加工時(shí)，車(chē)刀同時(shí)對試件表面有一個(gè)擠壓（滾壓）作用，使精車(chē)面表層的金屬晶粒變形細化，較試件深層的金屬晶粒更細密，從而產(chǎn)生了一層薄薄的硬層。硬層厚度一般在0.3毫米左右。這一硬層致使硬度測量值偏高于真空值，對用臺式硬度計和微電腦超聲硬度計測量硬度的準確性有不同程度的影響.

    當我們用臺式硬度計測量洛氏硬度時(shí)，硬度計壓頭是金剛石錐體，壓頭（錐頂直徑為0.4毫米）與被測表面的接觸面積較小。加載時(shí)，壓頭很容易穿透擠壓層，因此硬度的測量偏差較小。試驗證明，測量偏差一般在5HRC以?xún)�。用臺式硬度計測量布氏硬度時(shí)，硬度計壓頭是鋼球壓頭，壓頭與被測表面的接觸面積較大。加載時(shí)，壓頭必須克服擠壓層的較大阻力才能壓入被測表面，這就使硬度計壓頭的壓入量不夠，所壓得的圓形壓痕也隨之變小，致使相應的硬度值偏高于其真實(shí)值。而且硬度的測量偏差較大。試驗證明，硬度的測量偏差在20HB左右。另外，無(wú)論測量洛氏硬度還是布氏硬度，隨著(zhù)試件自身硬度的增大，硬度的測量偏差就會(huì )減小。

    擠壓層對用微電腦超聲硬度計測量硬度的準確性影響最大。用超聲硬度計測量硬度對試件的損傷極小，基本是無(wú)損檢測。在10N試驗負荷下，壓痕深度一般在4μm至50μm左右。而擠壓層的厚度一般在0.3毫米左右。因此，超聲硬度計的角錐體壓頭根本不能穿透擠壓層，測得的硬度值僅是擠壓層的硬度，而不是試件本身真實(shí)的硬度。擠壓層硬度高出試件真實(shí)硬度很多，如果我們忽略了這一不利因素，就會(huì )造成了很大的測量偏差。試驗證明，洛氏硬度的測量偏差一般在5-10HRC；布氏硬度的測量偏差一般在幾十個(gè)HB。

    解決辦法：如果我們在檢測過(guò)程中，發(fā)現精車(chē)的試件，在測量其硬度前，必須把被測表面測量位置的擠壓層處理掉；也可以把整個(gè)被測表面的擠壓層處理掉�？梢酝ㄟ^(guò)機械方法（上磨床）或手工方法去掉擠壓層。還要強調一點(diǎn)，如果我們用手工方法處理擠壓層，被測表面粗糙度有可能被破壞。如果這樣，還必須對被測表面進(jìn)行研磨修整，使試件的被測表面粗糙度達到檢測條件。這樣我們才能獲得真實(shí)可靠的測量值。

    本文分析的兩種影響硬度測量準確性的因素，都是在實(shí)際檢測工作中總結出來(lái)的，而且是容易被檢測人員忽略又比較常見(jiàn)的。當然，在實(shí)際檢測中還存在很多不利因素，這就需要我們不斷地研究，總結，認真地對待每一項檢測任務(wù)，我們得到的檢測數據才會(huì )真實(shí)、準確、可靠。