硬度是材料機(jī)械性能重要指標(biāo)之一，而硬度試驗(yàn)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(jī)械性能試驗(yàn)中，測量硬度是一種容易、迅速的方法，也是生產(chǎn)過程中檢查產(chǎn)品質(zhì)量的措施之一，由于金屬等材料硬度與其他機(jī)械性能有相互對應(yīng)關(guān)系，因此，大多數(shù)金屬材料可通過測定硬度近似地推算出其他機(jī)械性能，如強(qiáng)度、疲勞、蠕變、磨損和內(nèi)損等。所以硬度計(jì)被廣為應(yīng)用。
 

　　一、顯微硬度計(jì)工作原理和組成
 

　　顯微硬度計(jì)是近年來常用測量硬度的設(shè)備。測量硬度是通過升降顯微硬度計(jì)的調(diào)焦機(jī)構(gòu)、測量顯微鏡、加荷機(jī)構(gòu)，正確選擇負(fù)荷、加荷速度進(jìn)行全自動(dòng)加卸試驗(yàn)力及正確控制試驗(yàn)力保持時(shí)間，通過顯微硬度計(jì)光學(xué)放大，測出在一定試驗(yàn)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長度，來求出被測物硬度值。
 

　　二、顯微硬度計(jì)的正確使用
 

　　由于顯微硬度試驗(yàn)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進(jìn)行觀察和判定，而且顯微硬度試驗(yàn)后所得壓痕非常小，這也是難以人眼來尋找，更不用說進(jìn)行壓痕對角線長度的測量，所以非得用顯微鏡才能進(jìn)行工作。正確使用顯微硬度計(jì)，除了正確選擇負(fù)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。現(xiàn)就如何正確使用顯微硬度計(jì)作簡要介紹。
 

　　1
 

　　負(fù)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(dāng)負(fù)荷。選擇負(fù)荷應(yīng)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(jù)壓頭壓入深度和試件或表面層厚度選擇負(fù)荷。因?yàn)橐话阍嚰虮砻鎸雍穸仁侵赖模粶y部位硬度或硬度范圍也應(yīng)是可知道的，基于壓頭壓入試樣時(shí)擠壓應(yīng)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(yīng)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(yīng)根據(jù)壓痕對角線長度和剖面寬度選擇負(fù)荷。基于壓頭壓入試樣時(shí)產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力區(qū)域大可從壓痕中心擴(kuò)展到4倍對角線的距離。為避免相鄰區(qū)域不同硬度或空間對被測部位硬度影響，所以壓痕中心離開邊緣的距離應(yīng)不小于壓痕對角線長度的2.5倍，即壓痕對角線長度為試件或表面層剖面寬度的五分之一。
 

　　c、當(dāng)測定晶粒、相、類雜物等時(shí)，應(yīng)遵守以上兩個(gè)原則來選擇負(fù)荷，壓頭壓入深度不大于其厚度的1/10，壓痕的對角線長度應(yīng)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(yīng)盡量選擇大負(fù)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(zhǔn)確度，在情況允許時(shí)，應(yīng)選擇大負(fù)荷，一般應(yīng)使壓痕對角線長度大于20μm。
 

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

　　2
 

　　測量顯微鏡的正確使用
 

　　a.尋找像平面
 

　　(1)針尖試樣應(yīng)采用“光點(diǎn)找像法”。
 

　　一般顯微硬度計(jì)測量顯微鏡物方視場只有0.25～0.35mm，在此視場范圍外區(qū)域，在測量顯微鏡目鏡視場內(nèi)，眼睛是看不見的。而針尖類試樣往往小于0.1mm，所以在安裝調(diào)節(jié)試樣時(shí)，很難把此調(diào)節(jié)在視場內(nèi)；如果此在視場周圍而不在視場內(nèi)，則在升降工作臺進(jìn)行調(diào)節(jié)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)問題，提出“光點(diǎn)找像法”方法。
 

　　開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，使此針尖的離開物鏡約1mm，這時(shí)眼睛觀察部位，調(diào)節(jié)工作臺上的兩個(gè)測微絲桿，使物鏡下照明光點(diǎn)在前后左右對稱分布在此上(這一步驟必須仔細(xì))，隨后緩慢調(diào)節(jié)升降機(jī)構(gòu)，這時(shí)在目鏡視場中即會(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(diào)節(jié)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(yīng)采用邊緣找像法。
 

　　顯微硬度試驗(yàn)中，試樣表面光潔度一般都是很高的，往往是鏡面，表面上沒有明顯觀察特征，而顯微硬度計(jì)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(diào)焦找像平面時(shí)，對于缺乏經(jīng)驗(yàn)的操作者是很困難的，甚至?xí)鰤奈镧R，所以操作者有的留用表面殘留痕跡來找像平面，但有時(shí)往往無殘留痕跡時(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(zhǔn)試樣表面輪廓邊緣，則在目鏡視場內(nèi)看到半亮半暗的交界處即為此輪廓邊緣，隨后進(jìn)一步調(diào)節(jié)升降即可找到此表面邊緣的像。
 

　　b.調(diào)節(jié)照明
 

　　為防止傾斜照明對壓痕對角線長度測量準(zhǔn)確度的影響，要調(diào)節(jié)照明光源，使壓痕處在視場中心時(shí)按兩對角線區(qū)域分的四個(gè)區(qū)間亮度一致，通過觀察測微目鏡視場內(nèi)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)，直至觀察到壓痕像明亮，沒有陰影為止；移動(dòng)工作臺微分筒將壓痕像前、后、左、右移動(dòng)，測微目鏡視場內(nèi)均應(yīng)明亮，沒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(zhǔn)測量。由于人眼視差異(如正常眼、近視眼、遠(yuǎn)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作清楚觀察(即刻線這時(shí)為“細(xì)”)，這個(gè)步驟(調(diào)節(jié)目鏡相對于分劃板距離)稱為視度歸正，不然會(huì)影響測量正確性。
 

　　d.壓痕位置的校正
 

　　通過試驗(yàn)力載荷在測微目鏡視場看到的壓痕像，若其偏移視場中心較大，則需要進(jìn)行壓痕位置校正，通過物鏡座幾個(gè)調(diào)整螺釘反復(fù)調(diào)整，直到在測微目鏡視場內(nèi)壓痕像居中為止，(調(diào)整幾個(gè)螺釘時(shí)不要移動(dòng)工作臺)并相互鎖緊。
 

　　e.調(diào)焦
 

　　為找到正確成像位置，應(yīng)注意要調(diào)節(jié)使壓痕邊緣清晰，而不是壓痕對角線或?qū)蔷€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長度。為幫助操作者掌握這一步驟，這里提出“視差判別法”，當(dāng)用分劃板刻線或十字交點(diǎn)對準(zhǔn)壓痕對角線時(shí)，人眼相對于目鏡左右移動(dòng)，這時(shí)如調(diào)焦不正確，即壓痕邊緣象不*落在分劃板上，則會(huì)發(fā)現(xiàn)此邊緣相對于分劃線會(huì)左右移動(dòng)。這說明調(diào)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(yīng)進(jìn)一步調(diào)焦，直至此邊緣相對分劃線在人眼晃動(dòng)時(shí)無相對位置才為正確。
 

　　三、掌握正確的測量方法
 

　　1.旋轉(zhuǎn)測量目鏡，使分劃板的移動(dòng)方向和待測壓痕對角線方向平行，這樣可避免兩者夾角對測量準(zhǔn)確度的影響。如兩者夾角為α，實(shí)際長度為d，則測得長度d’=d/cosα，而且對于用十字線交點(diǎn)瞄準(zhǔn)壓痕對角線，當(dāng)兩者有一交角時(shí)，會(huì)造成其對角線一端對準(zhǔn)十字線交點(diǎn)時(shí)，另一端則不能對準(zhǔn)。
 

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

　　3.測量中應(yīng)注意的幾個(gè)問題
 

　　a、機(jī)械式測微機(jī)構(gòu)測量目鏡，測量時(shí)應(yīng)單向轉(zhuǎn)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(yīng)注意兩塊分劃板刻線重合時(shí)，測微讀數(shù)零位是否正確，如不正確，應(yīng)規(guī)正微分簡或測量后加以讀數(shù)修正。
 

　　c、對數(shù)字式測微目鏡，在每次開機(jī)后應(yīng)使兩塊分劃板刻線無線接近，中間有條細(xì)微的縫，似看到似看不到，然后按“清零”鍵，使讀數(shù)歸零。
 

　　d、當(dāng)壓痕兩條對角線長度不等時(shí)，應(yīng)測量兩條對角線長度，并取其平均值。
 

　　e、在旋轉(zhuǎn)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平行后，可在此對角線垂直方向上移動(dòng)工作臺，使對角線落在分劃板十字線交點(diǎn)移動(dòng)的軌跡上，但在用此交點(diǎn)進(jìn)行瞄準(zhǔn)時(shí)，則應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)測微目鏡的手輪，而不應(yīng)移動(dòng)工作臺。
 

　　f、操作人員應(yīng)嚴(yán)格訓(xùn)練，經(jīng)常以標(biāo)準(zhǔn)顯微硬度塊校驗(yàn)自已的瞄準(zhǔn)準(zhǔn)確度。