无机非金属专业实验

1. 无机非金属专业实验 显微硬度的测定 材料科学与工程学院 精细陶瓷中心

2. 2.2 显微硬度的测定 一、实验目的 • 显微硬度是陶瓷的重要性质，它不仅表征陶瓷的使用性能，而且能够反映出坯釉的成分和结构信息，从而为选择和研究陶瓷提供依据。 本实验的目的： • 1．了解测定釉面和坯体显微硬度的意义。 • 2．了解影响釉面和坯体显微硬度的因素。 • 3．掌握釉面和瓷胎显微硬度的测定原理和测定方法。

3. 二、实验原理 • 硬度是材料的表面层抵抗小尺寸物体所传递的压缩力而不变形的能力。通常矿物的宏观硬度是按十级标准用莫氏硬度计确定。莫氏硬度中，每一种硬度高的矿物，都能用其尖刻伤前面的矿物。但因为莫氏硬度的等级极不均衡，通常除用莫氏硬度测定陶瓷釉面硬度外，常用显微硬度计测定陶瓷硬度。显微硬度试验是一种微观的静态试验方法。最常见的显微硬度有维氏和壳（努）氏两种。

4. 用显微硬度计测定维氏显微硬度就是用一台立式反光显微镜测出在一定负荷下由金刚石锥体压头，压入被测物后所残留的压痕的对角线长度来求出被测物的硬度。用显微硬度计测定维氏显微硬度就是用一台立式反光显微镜测出在一定负荷下由金刚石锥体压头，压入被测物后所残留的压痕的对角线长度来求出被测物的硬度。 • 显微硬度计算公式，维氏硬度计中金刚石为正方形锥体，相对夹角α=136o（±20′）， • 其硬度为 • Hv＝ αsin(α/2)·2P／d2＝1854.4 P/d2 (kg/mm2) （1） • 式中 P——施于金刚石角体上的荷重，g； • d——压痕对角线的长度，μm。

5. 三、实验仪器与设备 • 1．HX一1000显微硬度计（HXD一1000显微硬度计更先进，它是一种数字式显微硬度计，其特点是采用了新颖的结构和先进的微处理机应用技术，能自动变换试验力，用微处理机控制微型电动机进行全自动加卸试验力及正确控制试验力保持时间。并能自动显示和打印各种实验数据。） • 2．试样抛光设备

6. 四、实验步骤 • 1．安置试样：将试样按要求选择适当的装夹工具，并安置在仪器的工作台上。打开显示器左侧的开关，并将工作台移至左端。 • 2．调焦：由于显微硬度计的物镜倍数高，而高倍物镜的景深比较小，仅1～2μm，因此不熟练的使用者找像比较困难。切勿在未熟练操作之前，就用此仪器来测定针尖之类的试样，否则有可能在调焦时将物镜顶坏。

7. 为此，可以先找一块比较平整，而粗糙度不太高的试样进行训练。先将试样调到与物镜端面近似于接触，再将手轮5反转，往下调约一圈，再往上略微调节手轮5在视场内可见到试样的表面像。当操作熟练以后，就可以直接调焦，先转动手柄6使试样升高至离物镜面约1mm处，随后缓慢转动手轮5，可以看到视场逐渐变亮，先看到模糊的灯丝像，然后再看到试样的表面像，直调至最清晰为止。若发现测微目镜内十字叉线不清晰的话，应先调节视度调度圈1。对于不同的操作者，由于视度不一致，因此需旋动视度调节圈1，患有近视眼的操作者应往里调，远视眼则相反，直调至最清晰位置，再进行调焦。为此，可以先找一块比较平整，而粗糙度不太高的试样进行训练。先将试样调到与物镜端面近似于接触，再将手轮5反转，往下调约一圈，再往上略微调节手轮5在视场内可见到试样的表面像。当操作熟练以后，就可以直接调焦，先转动手柄6使试样升高至离物镜面约1mm处，随后缓慢转动手轮5，可以看到视场逐渐变亮，先看到模糊的灯丝像，然后再看到试样的表面像，直调至最清晰为止。若发现测微目镜内十字叉线不清晰的话，应先调节视度调度圈1。对于不同的操作者，由于视度不一致，因此需旋动视度调节圈1，患有近视眼的操作者应往里调，远视眼则相反，直调至最清晰位置，再进行调焦。

8. 3．转动工作台上纵横向微分筒，在视场里找出试样的需测试部位。3．转动工作台上纵横向微分筒，在视场里找出试样的需测试部位。 • 4．扳动手柄7使工作台移至右端，这时试样从显微镜视场中移到了加荷机构的金刚 • 石角锥体压头下面（注意移动时必须缓慢而平稳，不能有冲击，以免试样走动）。 • 5．加荷：选择一个保荷时间（一般为15～30s），再按电动机起动按键2进行加荷，当保荷时间的数码管开始缩减时，表示负荷已加上，至数码管中出现“0”或“1”，电动机自动起动进行卸荷，卸荷完毕后数码管中又回复原来的数字。 • 6．加荷完毕后将工作台扳回原来位置，进行测定。

9. 图1 显微硬度计 1－视度调节圈；2－电器箱开关； 3－金刚钻压头； 4－物镜；5－手轮；6－手柄； 7－手柄； 8－转动变荷圈；9－左右移动手柄； 10－前后移动手柄；11－旋纽； 12－电器箱 图2 压痕瞄准，读数为2659

10. 7．需要精确地测定指定点的硬度的话，可以先试打一点，在理想的情况下，压痕应落在视场的中心位置，但往往压痕与视场中心有一个偏离，若偏离不大，是允许的，试打后， 记下压痕与叉丝的偏离大小与方向，然后打定点以此位置为准。有时为了精确地打定点，可将测目镜转过一个角度，并旋动测微鼓轮，使叉线中心与试打的压痕中心重合，以后再打的压痕就会落在分划板的叉线中心。在确定压痕位置时切不可旋动工作台的测微螺杆，以免变 动压痕原始位置。

11. 8．硬度测定： • （1）瞄准：调节工作台上的纵横向微分筒和测微目镜左右两侧的手轮使压痕的棱边和目镜中交叉线精确地重合，如图2所示。若测微目镜内的叉线与压痕不平行，则可转动测微目镜使之平行。有时棱边不是一条理想的直线，而是一条曲线，瞄准时应以顶点为准。 • （2）读数：视场内见至0，1，2，…8单位是mm，读数鼓轮刻有一百等分的刻线，每格为0.01mm，每转一圈为100格，视场内双线连同叉线移动一格；读数鼓轮旁边刻有游标，每格数为0.001mm；因此总起来可以读得4位数，即0.000mm。

12. 若在视场中看到压痕不是正方形的，那么应将测微目镜转过重复上述方法，读得另一对角线之长度。两个不等的对角线的平均值即为等效正方形的对角线长。若在视场中看到压痕不是正方形的，那么应将测微目镜转过重复上述方法，读得另一对角线之长度。两个不等的对角线的平均值即为等效正方形的对角线长。 • （3）求对角线的实际长度： • ①从测微目镜读取的值，是通过物镜的放大的值，压痕对角线的实际长度为 d＝N／V 式中 d——压痕对角线的实际长度； N ——测微目镜上测得的对角线长度； V ——物镜放大倍率，本机所用的物镜倍率已经修整为40倍。

13. 图2中的压痕的对角线实际长度d为 • d=2.659／40=0.0665（mm）＝66.5（μm） • ②压痕对角线的实际长度还可以用另一种方法求得： • 先求测微目镜的格值，然后，将测微目镜上测得的对角线长度的格数与格值数相乘就 • 得出压痕对角线的实际长度 • 0.01 mm／40＝0.00025＝0.25μm • 图2中的压痕的对角线实际长度d为 • d=0.25μm ×265.9＝66.5μm • （4）查表求值：根据对角线长度，查硬度值表，得出试样的硬度值。

14. 五、实验记录与计算 • 将实验数据记录于表1。 表1

15. 六、注意事顶 • 1．试样的被测面应安放水平。 • 2。工作台移动时必须缓慢而平衡，不能有冲击，以免试样走动。 • 3．在定压痕位置时切不可旋动工作台的测微螺杆，以免变动压痕原始位置。 • 4．若现场中看到压痕不是正方形，则必须求出两个不等长的对角线的平均值，即为等效正方形的对角线长。

16. 5．显微硬度计测试环境应防震、防尘、防腐蚀性气体，室温不超过20±5℃，相对湿度不大于65％。 5．显微硬度计测试环境应防震、防尘、防腐蚀性气体，室温不超过20±5℃，相对湿度不大于65％。 • 6．升降轴应经常上一些锭子油作润滑和防锈之用，仪器不使用时，工作台应降到较低位置，以使升降轴免受灰尘等影响。

17. 七、思考题 • 1．测定硬度的方法有几种？它们有什么局限性？ • 2．测定硬度有什么意义？ • 3．影响硬度的因素是什么？提高硬度的措施是什么？ • 4．为什么不同的操作者测定同一试样的硬度所得到的结果不同？