显微硬度测试中的常见问题

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,可以最大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。通常将它们安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,没有这些测试就无法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,所有这三个负面含义都是应有的。但是,计算机技术的进步已经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。必须精确地施加极轻的力(通常为10 –1,000克),并且必须在高放大倍数下精确测量所得的压痕(有些小至10微米)。这些严格的要求固有许多问题。

显微硬度计

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—仪器在公认的硬度标准(经认证的测试块)上以线性方式读取的能力,以及将这种准确性转移到测试样品上的能力。

  • 重复性—衡量仪器能够在公认的硬度标准上复制其结果的程度。

  • 关联-仪器产生的结果类似于另一台“经过适当校准”的仪器产生的结果的能力;或两名操作员使用同一台机器测量同一印象并获得相似结果的能力。

了解了这些问题后,我们可以更好地了解它们的原因。虽然实际上只有五个主要原因,但是每个问题都包含许多问题,在这里讨论其中最常见的问题。

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一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,压头行程问题可能会产生错误的负载。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” 通常用测量装置设定。一旦设置了“压头到测试表面的距离”距离,高功率物镜就聚焦在测试表面上。

现在,一旦正确聚焦,就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秒的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”问题的一部分。

当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。尽管硬度值的准确性不受此误差的影响,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,则未对准可能会使完成(即使不是不可能)困难。通常,用样品敲击压头或物镜会导致这种未对准,因此在加载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。在衡量同一印象时,要让两个运营商完全同意确实是很少的。用户每天对他们的机器进行验证通常会掩盖此问题。在这里,操作员可以花时间在已知硬度的试块上测量这些压痕,这些试块的测试表面通常处于最佳状态。这里有两个操作性用语:“花费时间”和“已知硬度”。在生产环境中,操作员有时会急于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。重点的一致性将有助于提高结果的一致性。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一些自动聚焦的方法,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一个常见的误差来源。32.3微米的测量值很容易变成33.2微米。我们都完成了。拨打电话号码时,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,他们找不到印象结束。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,以及仍在每天运行的大多数“老式”型号上。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,计算机将执行一种灰度等级以自动确定压痕的提示,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精确地解决压痕提示。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,并且在许多情况下会显示转换后的次级硬度值(即HRC)。这些基本系统会推动各种级别的复杂性和自动化。

该NEWAGE CAMS(计算机辅助测试系统)是一种模块化系统,可以从基本的“点击提示”型系统的成长,一路走过来全自动化。这使用户能够找到最能满足其需求的复杂程度,并且在需求发生变化时,还可以使他们的系统不断发展。在Windows环境中运行,CAMS还可以收集,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系统最流行的功能之一。消除了操作员对印象的度量的影响,有时消除了与度量相关的耗时过程。一旦操作员单击“测量”图标,就会捕获图像,并在眨眼时测量印象。实际的对角线长度,硬度值和换算后的比例会显示在屏幕上,并可以保存到文件中。

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某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光学系统,以帮助操作员确定压痕的小尖端。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,从而使情况变得更糟。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识别压痕提示的能力。

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,以及难以精确测量压痕尖端的表面缺陷。

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尖端之间的对比度。在许多情况下,对比度降低会造成困难或完全无法测量印象。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最低限度。

尽管大多数自动化显微硬度测试系统可以自动测量精细准备的样本上的维氏和努氏压痕,但许多样本却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,并且会表现出最大的变化和误差。

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往往很长,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一致。除称重传感器单元外,校准时很少出现此问题。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附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距物镜的距离(眼内镜滑入/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,一切都会很好。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永久使用。

一方面,这是事实,但另一方面,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部分中,因此重要的是,应根据通常使用的力来校准测试块。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。可以在多个力下对测试块进行校准,以最大程度地减少所需的测试块数量。

结论

显微硬度测试中无与伦比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,这变得更加复杂。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正确的工作状态,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,则一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灵敏度,并且可以重复进行测量。

此外,这些系统可以完全自动化,以包括自动聚焦,自动表格定位,数据收集和图表绘制。自动化进一步消除了错误源。

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