CN103335905B - 一种测量曲面显微硬度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量曲面显微硬度的方法，包括以下步骤：将待测试样进行显微硬度实验；将实验所获得的压痕拍照取样；将压痕的照片导入AUTOCAD软件；将压痕边缘使用短线段或者短圆弧连接起来形成封闭区域；利用AUTOCAD软件的测量功能测出封闭区域面积；通过计算获得显微硬度。采用本发明可以获得任何形状曲面的显微硬度，可应用于金属、陶瓷件表面的显微硬度测量。

Description

一种测量曲面显微硬度的方法

技术领域

本发明属于材料表征领域，具体涉及材料表面完整性表征技术。

背景技术

维氏硬度表示材料硬度的一种标准，由英国科学家维克斯首先提出。以49.03～980.7N的负荷,将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入材料表面,保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。维氏硬度尚有小负荷维氏硬度，试验负荷在1.961N到49.03N之间，它适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定；显微维氏硬度，也即显微硬度，试验负荷<1.961N，适用于金属箔、极薄表面层的硬度测定。维氏硬度计测量范围宽广，可以测量目前工业上所用到的几乎全部金属材料，从很软的材料（几个显微硬度单位）到很硬的材料（3000个显微硬度单位）都可测量。

显微硬度的计算，是通过公式计算出来的，其中，F为试验所用载荷，∝=136°，S为利用AUTOCAD软件测量出来的封闭区域面积，由于面积没有办法直接测量，特别是对于不规则曲面，其压痕的形状也是不规则的，很难通过直接测量的方式测量出压痕所围区域面积。通常，显微硬度的通过测量压痕的对角线长度平均值，并按公式来计算硬度大小，F为试验所用载荷，∝=136°，d为压痕的对角线长度平均值。

现有技术测量显微硬度时，对待测工件的表面形状有特定要求，待测工件的表面必须是平面。当测量倾斜面，球面的显微硬度时，需要专用的夹具；测量球面的显微硬度时，还需要知道球面的曲率，并进行查阅标准对照表，非常不方便；而对于不规则的曲面，采用测量对角线平均值的方式测量出的显微硬度，其误差通常超过10%，无法满足测量要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量曲面显微硬度的方法，可以方便的测量出不规则曲面的显微硬度，提高测量精度。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种测量曲面显微硬度的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，利用测量软件获得显微硬度压痕所围区域在水平面上的投影面积S；

步骤二，通过以下公式计算出曲面显微硬度HV：

$\mathrm{HV}=0.102\&times;\frac{F\sin \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}}{S}$

F为试验所用载荷，压头相对面的夹角∝=136°。

所述步骤一中，利用测量软件获得显微硬度压痕所围区域在水平面上的投影面积S的步骤具体为：

将待测试样进行显微硬度实验；将实验所获得的压痕拍照取样；将压痕的照片导入测量软件；将压痕边缘使用短线段或者短圆弧连接起来形成封闭区域；利用测量软件测出封闭区域面积。

所述待测试样的待测量曲面可以为任何形状的曲面。

所述的测量软件为AUTOCAD或者PRO/E软件。

本发明具有有益效果。对曲面进行显微硬度测量时，无需专用夹具，测量方法简单可靠；利用AUTOCAD软件的测量功能可以方便准确的测量出显微硬度压痕所围区域在水平面上的投影面积；直接通过公式计算的方法计算出的显微硬度，误差小；对直接测量法无法测量的不规则曲面的显微硬度，采用本方法也可以方便的进行测量。

附图说明

图1是测量曲面显微硬度的方法示意图；

图2是压痕的微观照片及压痕轮廓。

图中：21压痕一、22压痕一轮廓、23压痕二、24压痕二轮廓、25压痕三、26压痕三轮廓、27压痕四、28压痕四轮廓、29压痕五、210压痕五轮廓。

具体实施方式

为更好的阐述本发明的实施细节，同时为了对比测量结果的准确程度，下面结合附图对本发明的一种测量曲面显微硬度的方法进行详细说明。

以测量两个不同试样的显微硬度为例。两个试样的材质都为LY2铝合金，其中试样一的待测表面为平面，试样二的待测表面为不规则的曲面，两个试样都经过相同的热处理过程后，进行抛光处理，因此，两个试样的显微硬度是相同的。

测量所用的显微硬度计为HXD-1000TMSC/LCD型硬度计，该显微硬度计可对待测试样进行拍照取样。首先，采用常规方法对试样一进行显微硬度的测量，试验所用载荷为100克，保压时间20秒，由于是待测表面是平面，因此，其形状基本都接近于正菱形，对该表面进行五次测量，通过测量压痕的对角线长度平均值来计算显微硬度，其测量结果分别为：127HV，126HV，127HV，128HV，126HV，平均值为126.8。

其次，采用本发明的一种测量曲面显微硬度的方法测量试样二不规则表面的显微硬度，步骤流程如图1所示。

实施本发明的一种测量曲面显微硬度的方法执行以下步骤：

1）将试样二置于测量工作台进行显微硬度测试，试验所用载荷为100克，保压时间20秒；

2）取5个不同的位置对试样二进行测试并对压痕拍照，并用系统自带标尺进行标定，得到对角线长度及其比例，所拍照片的轮廓示意图如图2所示，同时使用显微硬度计自带的压痕对角线长度平均值方式，直接测量出每个点的显微硬度值；

3）将压痕照片导入至AUTOCAD软件，在AUTOCAD软件中沿着压痕边缘用短线段连接起来形成一个封闭区域，如图2所示；

4）使用AUTOCAD软件的测量功能，测量出图2中五个测点的封闭区域的面积，由于将图形导入至AUTOCAD软件后，其尺寸比例和AUTOCAD系统的尺寸不相同，因此按照图2中标尺所示的比例，计算出实际每个测点压痕的面积Si（其中i=1，2，3，4，5）；

5）将步骤4中所得的压痕面积Si代入公式，计算出每个点的显微硬度值，并和步骤2所得到的显微硬度值列出来作为对比，详细结果见表1。

表1现有技术直接测量法测量出来和采用本发明计算出来的显微硬度对照

表

从表1可以看出，现有技术采用的直接测量法测出来的显微硬度平均值为121.2跟实际显微硬度值126.8相比，误差高达9.5%，而且测量出来的显微硬度值离散大，无法用来标定曲面的显微硬度；而采用本发明的一种测量曲面显微硬度的方法后，其获得的显微硬度值很集中其获得的显微硬度值均方根误差远远小于采用直接法测量出来的值，跟实际的显微硬度值126.8相比，其测量误差低达1%，满足实际使用要求。

Claims (3)

1.一种测量曲面显微硬度的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，利用测量软件获得显微硬度压痕所围区域在水平面上的投影面积S；

步骤二，通过以下公式计算出曲面显微硬度HV：

$\mathrm{HV}=0.102\&times;\frac{F\sin \frac{\&Proportional;}{2}}{S}$

F为试验所用载荷，压头相对面的夹角∝＝136°，

所述步骤一中，利用测量软件获得显微硬度压痕所围区域在水平面上的投影面积S的步骤具体为：

将待测试样进行显微硬度实验；将实验所获得的压痕拍照取样；将压痕的照片导入测量软件；将压痕边缘使用短线段或者短圆弧连接起来形成封闭区域；利用测量软件测出封闭区域面积。

2.如权利要求1所述的一种测量曲面显微硬度的方法，其特征在于：所述待测试样的待测量曲面可以为任何形状的曲面。

3.权利要求1或2所述的一种测量曲面显微硬度的方法，其特征在于：所述的测量软件为AUTOCAD或者PRO/E软件。