钥匙扣维氏硬度测试-测博士

一、测试原理与适用范围

• 原理：维氏硬度测试基于压痕法原理，通过使用正四棱锥形的金刚石压头，在一定试验力作用下，压入钥匙扣材料表面，保持规定时间后卸除试验力，测量压痕对角线长度，再根据公式计算出材料的维氏硬度值。其计算公式为：\(HV = 0.1891 \times \frac{F}{d^2}\)（其中 F 为试验力，单位为牛顿；d 为压痕对角线长度的算术平均值，单位为毫米）。

• 适用范围：适用于测量钥匙扣等金属、部分非金属（如硬质塑料）材料的显微硬度，尤其适合测量薄件、镀层、渗层等的硬度，也可用于测量淬火、回火、退火等热处理状态下材料的硬度。

二、测试设备与工具

• 维氏硬度计：核心设备，需具备精确的试验力施加与控制、压头定位及压痕测量功能，根据钥匙扣材料的硬度范围选择合适的量程（通常硬度范围在 5 - 3000HV 之间）。

• 试样支撑台：用于固定钥匙扣试样，确保测试时试样平稳，支撑台表面应平整、清洁。

• 镊子、砂纸（或抛光布）：镊子用于夹持试样，避免手指污染试样表面；砂纸（或抛光布）用于打磨钥匙扣测试表面，使其光滑平整，以保证压痕清晰、测量准确。

• 酒精、棉签：用于清洁打磨后的试样表面，去除磨屑、油污等杂质。

三、测试前准备

1. 试样制备

• 若钥匙扣为规则形状（如片状、棒状），可直接选取测试表面；若形状不规则，需使用合适的夹具将其固定，或对测试部位进行切割、镶嵌，制成便于测试的试样。

• 使用砂纸（从粗到细，如先使用 200# 砂纸，再依次使用 800#、1500#、2000# 砂纸）对测试表面进行打磨，直至表面光滑无明显划痕；对于要求较高的测试，可使用抛光布和抛光膏进行抛光，使表面达到镜面效果。

• 用酒精和棉签擦拭打磨后的表面，确保表面清洁无污物。

2. 硬度计校准

• 测试前需对维氏硬度计进行校准，检查试验力的准确性、压头的几何形状及测量装置的精度等。可使用标准硬度块进行校准，将硬度计的测量值与标准硬度块的标称值进行对比，若偏差超出允许范围（一般为 ±2%），需对硬度计进行调整或维修。

3. 试验力选择

• 根据钥匙扣材料的种类、厚度及预期硬度值选择合适的试验力。一般来说，对于较薄的材料或硬度较低的材料，选择较小的试验力；对于较厚的材料或硬度较高的材料，选择较大的试验力。常见的试验力有 1.96N（0.2kgf）、4.90N（0.5kgf）、9.81N（1kgf）、29.42N（3kgf）、49.03N（5kgf）、98.07N（10kgf）等。例如，对于铝合金钥匙扣，可选择 4.90N - 9.81N 的试验力；对于不锈钢钥匙扣，可选择 29.42N - 49.03N 的试验力。

四、测试步骤

1. 安装压头与选择试验力：将正四棱锥形金刚石压头安装到硬度计的主轴上，确保安装牢固；根据预先选择的试验力，通过硬度计的控制面板或机械装置设置好试验力。

2. 放置试样：将制备好的钥匙扣试样放置在试样支撑台上，使测试表面与压头轴线垂直，并用试样夹持装置固定试样，避免测试过程中试样移动。

3. 压头定位：通过硬度计的显微镜或视频测量系统，将压头对准试样的测试部位，确保压头中心与测试部位中心重合。

4. 施加试验力：启动硬度计的试验力施加装置，缓慢均匀地施加试验力，使压头压入试样表面。试验力的施加时间应符合硬度计的规定，一般为 2 - 10 秒，对于特殊材料可能需要更长的时间。

5. 保持试验力：试验力施加完成后，保持规定的时间（保荷时间），以确保压痕充分形成。保荷时间根据材料的性质而定，对于金属材料，通常为 10 - 15 秒；对于硬度较低或塑性较大的材料，保荷时间可适当延长，如 30 秒。

6. 卸除试验力：保荷时间结束后，缓慢卸除试验力，避免因卸力过快导致压痕变形。

7. 测量压痕对角线长度：通过硬度计的显微镜或视频测量系统，测量压痕两条对角线的长度。为提高测量精度，应在相互垂直的两个方向上测量对角线长度，取其算术平均值作为压痕对角线长度 d。测量时应注意，压痕对角线长度的测量精度应达到 0.5μm 或更高。

五、测试结果计算与判定

• 硬度值计算：根据测量得到的压痕对角线长度 d 和所使用的试验力 F，代入维氏硬度计算公式 \(HV = 0.1891 \times \frac{F}{d^2}\)，计算出钥匙扣材料的维氏硬度值。计算结果应保留适当的有效数字，一般保留至整数位或一位小数。

• 结果判定：将计算得到的维氏硬度值与钥匙扣材料的技术要求或相关标准进行对比，判断其是否符合要求。若测试结果超出规定范围，可在相同条件下对同一试样进行多次测试（一般不少于 3 次），取其平均值作为最终结果；若仍不符合要求，则需对钥匙扣材料的生产工艺、热处理状态等进行分析，查找原因。

六、注意事项

1. 试样表面质量：试样表面的粗糙度和清洁度直接影响测试结果的准确性。若表面粗糙或有油污、氧化皮等杂质，会导致压痕不清晰、测量误差增大，因此必须确保试样表面光滑、清洁。

2. 试验力选择与施加：试验力的选择应合理，若试验力过小，压痕可能不明显，测量误差增大；若试验力过大，可能会使试样产生过度变形，甚至损坏试样。试验力的施加应缓慢均匀，避免冲击和振动。

3. 压头状态：金刚石压头是维氏硬度测试的关键部件，其几何形状和表面质量对测试结果有很大影响。应定期检查压头的磨损情况，若发现压头有裂纹、缺口或磨损严重等问题，应及时更换。

4. 环境条件：测试应在稳定的环境条件下进行，避免温度、湿度、振动等因素对测试结果产生影响。一般来说，测试环境温度应控制在 10 - 35℃ 范围内，相对湿度应不大于 80%。

5. 安全操作：在使用维氏硬度计过程中，应注意安全，避免压头划伤手指或其他部位。同时，应按照硬度计的操作规程进行操作，防止设备损坏。

七、常见问题及解决方法