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显微硬度测试

作者:硬度计服务商创诚致佳
浏览量:527
发布时间:2020-11-16
内容摘要:硬度测试方法使用压头探针,该压头探针在特定负载下会移位到表面中。压痕通常具有定义的停留时间。在传统的机械测试中,要测量压痕的大小或深度以确定硬度。硬度测试分为两个范围:宏观硬度和显微硬度。宏观硬度涵盖了施加超过1 kg或约10牛顿(N)的载荷的测试。施加小于10 N的载荷的显微硬度测试通常用于较小的样品,薄样...

硬度测试方法使用压头探针,该压头探针在特定负载下会移位到表面中。压痕通常具有定义的停留时间。在传统的机械测试中,要测量压痕的大小或深度以确定硬度。硬度测试分为两个范围:宏观硬度和显微硬度。宏观硬度涵盖了施加超过1 kg或约10牛顿(N)的载荷的测试。施加小于10 N的载荷的显微硬度测试通常用于较小的样品,薄样本,镀层表面或薄膜。两种最常见的显微硬度技术是维氏硬度和努氏硬度测试。

为了获得更准确和可重复的结果,显微硬度测试需要考虑样品大小,制备和环境的影响。样品必须适合样品台,并且垂直于压头尖端。极其粗糙的表面可能会降低压痕数据的准确性;建议使用一种行之有效的样品抛光方法。显微硬度测试仪必须与振动隔离。对于具有多相或晶粒尺寸变化的样品,需要统计数据。

传统的显微硬度测试方法会光学分析凹痕,并在操作员偏见的情况下对数据进行卷积。与维氏或努氏硬度测试方法不同,仪器压痕使用三棱锥(Berkovich)压头。这种形状使笔尖在理论上可以设计成原子点。使用高负载纳米压头以高达1牛顿(N)的力进行显微硬度测试,使用动态测量的一系列凹痕对仪器进行压痕,可得到无与伦比的准确而可靠的显微硬度数据,而没有操作者偏见。

维氏硬度

维氏硬度测试使用维氏压头(下图)以指定的力压入表面。该力通常保持10秒钟。压痕完成后,将对所得压痕进行光学分析,以测量对角线的长度,以确定压痕的大小。

维氏压痕探针的示意图。
维氏压痕探针的示意图。

这种方法存在一定程度的操作员偏见,尤其是在所施加负载的较低范围内。根据ASTM E384-11,压痕对角线的长度应大于17微米。对于涂层样品,该测试不适用于60微米以下的涂层厚度。

维氏压痕示意图
维氏压痕示意图。

对于许多类型的样品,接触深度(h c)与位移深度(h)不同,这是由于周围的材料在压痕过程中发生了弹性偏转,如示意图所示(左)。除了上述样本和环境方面的考虑外,此影响还影响显微硬度数据的准确性和精确性。

努氏硬度

努氏硬度测试也是一种显微硬度技术,类似于维氏硬度测试方法。努氏压头用于压入表面以测量硬度。但是,努氏压头的形状不同于用于显微硬度的维氏压头或用于纳米压痕的Berkovich压头。努氏压头的形状更细长或更矩形。努氏硬度测试方法通常是在较轻的载荷下进行显微硬度测试的,因此需要仔细的样品制备。努氏硬度测试适用于需要紧密接触或在样品边缘有压痕的样品,两者均受益于不同的探头形状。

努氏压痕探针的示意图。
努氏压痕探针的示意图。

在指定的停留时间内施加指定的负载。与维氏硬度法不同,努氏测试法仅使用长轴。然后使用图表将所得的压痕测量值转换为努氏硬度值。对于此处显示的努氏压头探头,角度为d = 172.50°和g = 130.00°。

由于较低的施加载荷范围的局限性,薄膜的有效性问题以及纳米技术的发展导致尺寸更小,因此已经开发了微米和纳米压痕方法。


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