显微硬度测试固有的问题是准确性,可重复性和相关性。但是,通过使用正确维护和校准的设备,训练有素的人员以及适当的测试环境,可以**程度地减少测试错误和变异性。
维氏和努氏测试仪产品丰富。从研究实验室到质量控制实验室,到处都有它们。通常将它们放置在有遮盖的环境中(即实验室与车间)通常可以确保较长的使用寿命。
这些硬度测试方法是确定“浅层硬度”(例如表面硬度,涂层硬度和表面深度)的有价值的工具。另外,没有这些测试*不能对特定的晶粒或成分进行选择性测试。大多数维氏和努氏测试仪在施加测试力以及测量距离方面都非常准确。但是,当大多数人想到显微硬度测试时,经常想到三个术语:挑剔,主观和费时。话虽这么说,在大多数情况下,出于以下几个原因,这三个负面含义都应得到应有的重视。但是,计算机技术的进步减少了这些不讨人喜欢的形容词,甚至没有消除它们。显微硬度计是精致的乐器。必须**地施加*轻的力(通常为10 –1,000克),并且必须在高放大倍率下**测量所得的压痕(有些小至10微米)。这些严格的要求固有许多问题。
三个基本问题通常,显微硬度测试问题可以分为三类-准确性,可重复性和相关性-并可以追溯到五个主要原因-机器,操作员,环境,样品制备和校准。在讨论原因之前,定义问题很重要:
准确性—仪器在的硬度标准(认证的测试块)上以线性方式读取的能力,以及将这种准确性传递到测试样品上的能力。
重复性—衡量仪器能够在的硬度标准上复制其结果的程度。
关联-仪器产生与另*台“正确校准”仪器产生的结果相似的结果的能力;或两名操作员使用同*台机器测量同*印象并获得相似结果的能力。
了解了这些问题后,我们可以更*地了解它们的原因。尽管实际上只有五个主要原因,但是每个问题都包含许多问题,在这里讨论其中见的问题。
机器显微硬度测试仪使用自重产生力。与洛氏硬度计不同,这些轻载设备(10-2,000 gf)将自重直接堆放在压头上。这样可以消除放大倍数的误差以及其他许多负面因素,例如刀口和悬挂的砝码。其他单元利用螺旋驱动器施加力,并利用称重传感器控制施加的力。这些类型有其自己的*套重复性和耐用性问题。
通常,这些力施加系统是坚固的。但是,压头行程会产生错误的负载。在大多数机器上,施加载荷有两种速度:“快速”使压头靠近试件,“慢速”以接触工件并施加载荷。压头的“行程”通常用测量装置来设定。*旦设置了“压头到测试表面的距离”距离,高功率物镜*聚焦在测试表面上。
现在,*旦正确聚焦,*可以确保操作员以适当的速度接触到工件,并且不会发生负载冲击。考虑到15分钟的astm e384标准停留时间,仪器大约需要30秒钟才能产生印象。这是前面提到的“慢”问题的*部分。
在测量案例深度或只是试图将压模准确地放置在特定位置时,压头与目标的对齐至关重要。尽管硬度值的精度不受此误差的影响,但是如果操作员正在测量有效的表壳深度,则距样品边缘的距离可能不正确,并最终导致错误的测量结果。同样,如果操作员试图在特定的颗粒上或薄涂层的中心上留下印记,则不对中会使完成(即使不是不可能)这*困难。通常,用样品敲击压头或物镜会导致这种未对准,因此在装入样品或旋转转塔时必须小心。
操作员硬度测试没有其他方面像显微硬度那样受到操作员的影响。尽管这对于vickers和knoop测试都是正确的,但是knoop的技巧不错,看似无止境,是最容易受到攻击的。
通常,操作员准确而可重复地解决这些印象的目的的能力通常是造成错误的原因。在衡量同*印象时,让两个运营商同意确实是很少的。用户通常每天对他们的机器进行验证,*会掩盖这个问题。在这里,操作员可以花时间在已知硬度的测试块上测量这些压痕,这些硬度的测试表面通常处于**状态。这里有两个有效的用语:“花费时间”和“已知硬度”。在生产环境中,有时会急于要求操作员进行测试并把零件拿出门。找不到确保硬度标准正确结果的所有措施。另外,
通常,操作员会在心理上知道印象的正确尺寸,并且当他去测量印象时,他“看到”了该值。这是人的本性。正确聚焦是获得准确结果的关键因素。随着模糊度的增加,感知的图像尺寸也会增加。重点的*致性将有助于提高结果的*致性。确保样品的表面而不是压痕的底部是聚焦平面。大多数自动化系统都具有*些自动聚焦的方法,实际上消除了这种担忧。
记录结果并将其从微米转换为维氏或努氏硬度数是另*个常见的误差来源。32.3微米的尺寸很容易变成33.2微米。我们都完成了。时,我们只会得到错误的人,但是转换硬度值时,您会得到错误的硬度值!
利用常规编码器进行测量的数字显微硬度测试仪可以消除这种情况。但是,他们没有发现印象结束。为了帮助消除这些问题,几乎可以将相机安装到任何显微硬度测试仪上,以及仍然每天运行的大多数“老式”型号。这些摄像机将图像传送到计算机,这使操作员可以在计算机的监视器上查看图像。在这里,可以通过在压痕的角上单击鼠标来手动测量维氏和努氏压痕,或者在更复杂的软件中,计算机将执行某种形式的灰度以自动确定压痕的**,并显示硬度值,换算后的比例(hrc等),通常是平均对角线。摄像机和监视器提供的增强的放大倍率使操作员可以更**地解决压痕提示。而且,与通过目镜斜眼看相比,在监视器上查看印象要舒适得多,而且放松得多,从而减少了操作员的疲劳感。
根据所进行研究的数量和类型,提供了各种级别的复杂性。大多数基本形式都提供了手动“点击”压痕提示的功能,并且计算机将显示硬度值,并且在许多情况下,将显示转换后的次级硬度值(即hrc)。这些基本系统推动了各种复杂程度和自动化程度的提高。
该newage cams(计算机辅助测试系统)是*种模块化系统,可以从基本的“点击提示”型系统的成长,*路走过来全自动化。这使用户能够找到最能满足他们需求的复杂程度,并且在需求发生变化时,可以允许他们的系统不断发展。在windows环境中运行,cams还收集,归档和存储所有数据,从而消除了转置或数据混合的错误。自动测量是cams系统***的功能之*。消除了操作员对印象测量的影响,有时与测量相关的耗时过程也消除了。*旦操作员单击“测量”图标,便会捕获图像,并在眨眼时测量印象。实际对角线长度,硬度值和换算后的比例会显示在屏幕上,并且可以保存到文件中。
环境由于在显微硬度测试中使用了轻负载,因此振动可能是导致负载精度的原因。即使零件在加载过程中没有受到冲击,压头或试样的振荡也会使压头更深地进入零件,从而产生柔和的结果。显微硬度测试仪应始终放在独立的专用,水平,坚固的桌子上。通常,机器会放置在适当的桌子上,但放置位置不正确,例如靠墙或邻接的桌子或柜台。这种情况可能导致不正确的结果,这是由于实验室的门被撞了而导致壁下运动,或者是在相邻桌子上工作的人创建了通过桌子平移的运动。
微硬度测试仪中使用了高倍率光学系统,以帮助操作员确定压痕的小**。光路(目镜,光学编码器,镜筒或物镜)中的污垢会掩盖印模或测量线,使情况变得更糟。干净的环境将有助于减少这种情况的发生。常识在这里有很长的路要走:不要在硬度测试仪的附近切割,研磨或抛光样品。正是这种细颗粒最容易进入仪器。
样品制备在大多数情况下,在测试之前,先将样品切成薄片并安装在电木或环氧树脂支架中。切片并安装后,将样品研磨,打磨和抛光,以提供没有划痕和表面纹理的测试表面,否则可能会干扰操作员辨别压痕提示的能力。
在生产实验室中,生产的需求有时无法使操作员花费必要的时间来实现适当的表面处理。通常,这会导致表面起伏不平,难以辨认的圆角边缘以及难以准确测量压痕**的表面缺陷。
蚀刻样品时,零件的表面会受到化学腐蚀,从而提供金相对比。尽管蚀刻样品有助于定义晶粒结构,焊缝中的热影响区,总表面深度和脱碳层,但它会降低测试表面与显微硬度印象**之间的对比度。在许多情况下,对比度降低会造成困难或无法测量印象。如果要对蚀刻后的样品进行显微硬度测试,则应将其蚀刻至目测所需属性所需的**限度。
尽管大多数自动显微硬度测试系统都可以自动重复测量精细制备的样品的维氏和努氏压痕,但许多样品仍被表面异常和对比度变化所迷惑。通常,利用“阈值”技术确定印象大小的系统最容易受到这些问题的影响,并且会表现出**的变化和误差。
校准与罗克韦尔和布氏测试仪相比,大多数显微硬度测试仪具有令人着迷的寿命。由于前面讨论过的环境问题,这些仪器通常在实验室环境中启动,没有会困扰其他硬度计的灰尘和油污。因此,显微硬度测试仪的使用寿命很长,两次校准之间几乎不会出错。
幸运的是,大多数显微硬度测试仪施加力的能力非常*致。除称重传感器单元外,校准时几乎不会出现问题。显微硬度测试仪中的测量系统变化很大,范围从目镜的千分尺到连接到数字读数器的光学编码器。它们的共同点是它们依赖于特定的放大倍率,或者是距物镜的距离(眼球滑入/滑出以增大/减小放大率)。为了直接验证测量系统,将平台测微计放置在砧座上,并将仪器的测量线放置在平台测微计上已知的距离处。然后将该距离与设备的测量系统进行比较。如果他们同意,*切都会很*。如果不,
所有这些的要点是,如果您不注意眼位,则会降低测量精度。显微硬度测试仪通常通过标准硬度块进行间接验证。由于最终的印象非常小,因此这些标准块似乎可以**使用。
*方面,这是事实,但另*方面,处理不当的块可能会被划伤,使其难以阅读。在严重的情况下,如果在较软的材料上进行不正确的处理,工作或时效硬化,可能会改变砌块的价值。这强调了需要检查多个标准硬度块。由于显微硬度测试仪的压痕位于测试表面的非常薄的区域中,因此重要的是,应根据通常使用的力对测试块进行校准。测试块值仅应在校准时考虑。
这意味着使用rockwell块并将其转换为vickers或knoop值是不合适的。如此诱人,可能会产生错误的结果,并且被astm e 384禁止。可以在几个力下对测试块进行校准,以**程度地减少所需的测试块数量。
结论显微硬度测试中的误差源是由操作人员引起的。当表面准备不佳以及“战斗热”开始时,情况变得更加复杂。测量多个印象的平凡本质也会导致疲劳和随后的错误。然后我们如何最小化这种影响?在零星的测试情况下,请确保操作员接受了适当的培训,拥有正确的工具准备测试表面,仪器已正确校准且处于适当的工作状态,并且有时间适当地完成工作。凭着认真的操作员,错误将被最小化。如果需要进行更频繁或更大规模的测试,则*定程度的计算机帮助会有所帮助。不论年龄大小,大多数显微硬度测试仪都可以使用。利用当今的技术,印象可以通过计算机以更可重复的方式读取,并且花费的时间很少。而且计算机不会感到无聊或疲劳,它们对对比度的变化具有更高的敏感性,并且可以重复进行测量。
此外,这些系统可以自动化,以包括自动聚焦,自动表格定位,数据收集和图表绘制。自动化进*步消除了错误源。
其他仪器,例如我们的mt91系统,也采用了rockwell原理,适用于具有微硬度的载荷。由于这些设备正在测量深度,因此它们不受操作员的影响,并且可以在更粗糙的表面上进行读取。测试周期时间也大大减少。如果使用和维护得当,显微硬度测试仪可以成为实验室和过程控制中的宝贵工具。花时间回顾本文中提出的*些建议将导致更可靠的结果和更*的过程控制。