螺丝维氏硬度测试-测博士

一、测试原理

维氏硬度测试基于压痕法原理，通过将金刚石正四棱锥体压头以选定试验力压入试样表面，保持规定时间后卸除试验力，测量压痕对角线长度，再根据公式计算硬度值。

• 核心公式：\(HV = 0.1891 \times \frac{F}{d^2}\)其中，F 为试验力（单位：N），d 为压痕对角线长度平均值（单位：mm）。

二、适用范围

• 螺丝类型：适用于各类金属螺丝，如不锈钢、碳钢、铝合金等，尤其适合表面处理螺丝（如镀层、渗碳层）及精密螺丝的硬度检测。

• 硬度范围：维氏硬度值（HV）可覆盖 10~3000，适用于从极软到极硬的材料。

三、测试设备与工具

1. 维氏硬度计

• 手动 / 自动型，需配备不同试验力砝码（如 10N、20N、30N、50N、100N、200N、300N 等）。

• 压头：金刚石正四棱锥体，两相对面夹角为 136°。

2. 测量工具

• 显微镜或光学测量系统（精度需达 0.5μm）。

3. 辅助工具

• 试样支撑台（确保螺丝稳定）、砂纸（打磨测试表面）、酒精（清洁表面）。

四、测试步骤详解

1. 试样制备

• 表面处理：去除螺丝表面油污、氧化皮等，用砂纸（粒度≥800#）打磨测试区域至平整光滑，避免损伤材料原始硬度。

• 支撑固定：将螺丝固定在硬度计载物台上，确保测试面与压头垂直，避免倾斜导致数据偏差。

2. 试验力选择

• 根据螺丝材料厚度和预期硬度选择试验力（见表 1）：

  材料类型	螺丝厚度（mm）	推荐试验力（N）
  低碳钢 / 铝合金	≤3	10~50
  中碳钢 / 不锈钢	3~10	50~200
  高硬度钢 / 镀层	≥10	200~300

3. 压痕操作

• 有色金属（如铝、铜）：10~15 秒；

• 钢铁材料：10~15 秒；

• 镀层或渗层：根据层厚调整（通常延长至 20~30 秒）。

• 启动硬度计，使压头缓慢接触试样表面，按选定试验力加载，保持时间：

4. 压痕测量

• 卸载试验力后，用显微镜测量压痕两条对角线长度 \(d_1\) 和 \(d_2\)，取平均值 \(d = (d_1 + d_2)/2\)。

5. 硬度值计算

• 根据公式计算 HV 值，或直接通过硬度计内置软件自动换算。

五、注意事项与误差控制

1. 位置选择

• 螺纹部位：优先测试螺纹牙顶或牙侧，避开应力集中区域；

• 头部：测试平面中心或圆柱面（需使用特殊支撑附件）。

2. 试验力影响

• 试验力过小可能导致压痕不清晰，过大可能穿透镀层或引起材料变形，需严格按标准选择。

3. 环境要求

• 测试温度：10~35℃，避免高温或低温环境影响仪器精度；

• 振动：远离振动源，确保硬度计稳定。

4. 数据处理

• 每个试样至少测试 3 点，取平均值；若单点数据与平均值偏差超过 15%，需重新测试。

六、相关标准与应用

• 国际标准：ISO 6507-1:2018《金属材料 维氏硬度试验 第 1 部分：试验方法》

• 国家标准：GB/T 4340.1-2023《金属材料 维氏硬度试验 第 1 部分：试验方法》

• 应用场景：

• 生产质量控制：检测螺丝热处理（如淬火、回火）后的硬度均匀性；

• 失效分析：判断螺丝断裂是否因硬度不足或过高导致；

• 镀层检测：评估电镀层（如镀锌、镀镍）或表面处理层（如渗氮）的硬度及厚度。

七、常见问题与解决方法