影响硬度测量准确性的因素及解决

一、粗糙度的影响及解决办法

我们知道，用台式硬度计测量布氏硬度时，硬度计的压头是钢球压头，在一定的压力下压入被测表面而得到一个圆形压痕，再用读数显微镜测量圆形压痕的直径，然后在布氏硬度表中查找相应的硬度值，即被测试样的硬度值，而被测表面的粗糙度直接影响硬度测量值的准确性。当被测表面粗糙度值大于Ra=0.8μm时，随着粗糙度值的增大，被测表面对压头的抗力愈小，其塑性变形愈大，圆形压痕就愈大，相应的硬度值也就愈小，致使测量值偏低于其真实值。试验证明，测量偏差在10HB以上（注：用台式硬度计测量洛氏硬度时，粗糙度的影响较小，本文就不进行分析了）。

当我们用便携式微电脑超声硬度计测量硬度时，粗糙度的影响较用台式硬度计就更大了。当被测表面粗糙度值大于Ra=0.8μm时，随着粗糙度值的增大，硬度计的金刚石角锥体压头与被测表面的接触面积就会增大。这种接触包括压痕接触和非压痕接触。

压痕接触即压头自身压入被测表面后压头与压痕的接触，接触面积也是极微小的；而非压痕接触是指硬度计压头的锥面与被测表面轮廓峰斜面的接触。非压痕接触对硬度测量是不利的。因为，微电脑超声硬度计工作原理是借助于传感器杆的超声振动测量硬度的。在均匀的接触压力下，使传感器杆的谐振频率随试样的硬度高低而改变。若试样的硬度愈低，压痕接触面积愈大，被测表面对传感器杆压头的阻尼愈大，传感器杆压头振动幅度就愈小，谐振频率也就愈高。也就是说，压痕接触面积愈大，超声硬度计的示值愈低。而非压痕接触大大地增加了压头与被测表面的接触面积，致使硬度计示值偏低于真实值。试验证明，洛氏硬度测量偏差在10HRC左右；布氏硬度测量偏差在20HB左右。

解决办法：在测量试样硬度时，我们必须注意被测表面粗糙度是否符合硬度计的检测条件。在正常使用硬度计的条件下，必须保证试样的被测表面粗糙度值小于或等于Ra=0.8μm，若试样的被测表面粗糙度值大于Ra=0.8μm，可以通过机械方法（上磨床）或手工方法，对被测表面进行研磨修整，法国凯茂KIMO 使试样的被测表面粗糙度达到检侧条件。将粗糙度影响程度降到最低，这样我们才能获得准确的测量值。

二、挤压层的影响及解决办法

挤压层即经车床精车加工出来的试件表面上的一层薄薄的硬层。试件在被精车加工时，车刀同时对试件表面有一个挤压（滚压）作用，使精车面表层的金属晶粒变形细化，较试件深层的金属晶粒更细密，从而产生了一层薄薄的硬层。硬层厚度一般在0.3毫米左右。这一硬层致使硬度测量值偏高于真空值，对用台式硬度计和微电脑超声硬度计测量硬度的准确性有不同程度的影响.

当我们用台式硬度计测量洛氏硬度时，硬度计压头是金刚石锥体，压头（锥顶直径为0.4毫米）与被测表面的接触面积较小。加载时，压头很容易穿透挤压层，因此硬度的测量偏差较小。试验证明，测量偏差一般在5HRC以内。用台式硬度计测量布氏硬度时，硬度计压头是钢球压头，压头与被测表面的接触面积较大。加载时，压头必须克服挤压层的较大阻力才能压入被测表面，这就使硬度计压头的压入量不够，所压得的圆形压痕也随之变小，致使相应的硬度值偏高于其真实值。而且硬度的测量偏差较大。试验证明，硬度的测量偏差在20HB左右。另外，无论测量洛氏硬度还是布氏硬度，随着试件自身硬度的增大，硬度的测量偏差就会减小。

挤压层对用微电脑超声硬度计测量硬度的准确性影响最大。用超声硬度计测量硬度对试件的损伤极小，基本是无损检测。在10N试验负荷下，压痕深度一般在4μm至50μm左右。而挤压层的厚度一般在0.3毫米左右。因此，超声硬度计的角锥体压头根本不能穿透挤压层，测得的硬度值仅是挤压层的硬度，而不是试件本身真实的硬度。挤压层硬度高出试件真实硬度很多，如果我们忽略了这一不利因素，就会造成了很大的测量偏差。试验证明，洛氏硬度的测量偏差一般在5-10HRC；布氏硬度的测量偏差一般在几十个HB。

解决办法：如果我们在检测过程中，发现精车的试件，在测量其硬度前，必须把被测表面测量位置的挤压层处理掉；也可以把整个被测表面的挤压层处理掉。可以通过机械方法（上磨床）或手工方法去掉挤压层。还要强调一点，如果我们用手工方法处理挤压层，被测表面粗糙度有可能被破坏。如果这样，还必须对被测表面进行研磨修整，使试件的被测表面粗糙度达到检测条件。这样我们才能获得真实可靠的测量值。

本文分析的两种影响硬度测量准确性的因素，都是在实际检测工作中总结出来的，而且是容易被检测人员忽略又比较常见的。当然，在实际检测中还存在很多不利因素，这就需要我们不断地研究，总结，认真地对待每一项检测任务，我们得到的检测数据才会真实、准确、可靠。