一、德國(guó)EPK硬度計(jì)工作原理和組成

 

    顯微硬度計(jì)是近年來(lái)常用測(cè)量硬度的設(shè)備。測(cè)量硬度是通過(guò)升降顯微硬度計(jì)的調(diào)焦機(jī)構(gòu)、測(cè)量顯微鏡、加荷機(jī)構(gòu)，正確選擇負(fù)荷、加荷速度進(jìn)行全自動(dòng)加卸試驗(yàn)力及正確控制試驗(yàn)力保持時(shí)間，通過(guò)顯微硬度計(jì)光學(xué)放大，測(cè)出在一定試驗(yàn)力下金剛石角錐體壓頭壓入被測(cè)物后所殘留壓痕的對(duì)角線長(zhǎng)度，來(lái)求出被測(cè)物硬度值。

 

    二、德國(guó)EPK硬度計(jì)的正確使用

 

    由于顯微硬度試驗(yàn)往往是對(duì)很小的試樣（如針尖），或試樣上很小的特定部位（如金相組織）進(jìn)行硬度測(cè)定，而這些情況難以用人眼來(lái)進(jìn)行觀察和判定，而且顯微硬度試驗(yàn)后所得壓痕非常小，這也是難以人眼來(lái)尋找，更不用說(shuō)進(jìn)行壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度的測(cè)量，所以非得用顯微鏡才能進(jìn)行工作。正確使用顯微硬度計(jì)，除了正確選擇負(fù)荷、加荷速度、保荷時(shí)間外，測(cè)量顯微鏡使用的正確與否是十分重要的。現(xiàn)就如何正確使用顯微硬度計(jì)作簡(jiǎn)要介紹。

 

    1、負(fù)荷的選擇

 

    為確切得到被測(cè)對(duì)象的真實(shí)硬度，必須選擇恰當(dāng)負(fù)荷。選擇負(fù)荷應(yīng)考慮以下幾個(gè)原則：

 

    a、在測(cè)定薄片或表面層硬度時(shí)，要根據(jù)壓頭壓入深度和試件或表面層厚度選擇負(fù)荷。因?yàn)橐话阍嚰虮砻鎸雍穸仁侵赖模粶y(cè)部位硬度或硬度范圍也應(yīng)是可知道的，基于壓頭壓入試樣時(shí)擠壓應(yīng)力在深度上涉及范圍接近于壓入深度的10倍，為避免底層硬度的影響，壓頭壓入深度應(yīng)小于試件或表面層的十分之一。

 

    b、對(duì)試樣剖面測(cè)定硬度時(shí)，應(yīng)根據(jù)壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度和剖面寬度選擇負(fù)荷。基于壓頭壓入試樣時(shí)產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力區(qū)域大可從壓痕中心擴(kuò)展到4倍對(duì)角線的距離。為避免相鄰區(qū)域不同硬度或空間對(duì)被測(cè)部位硬度影響，所以壓痕中心離開(kāi)邊緣的距離應(yīng)不小于壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度的2.5倍，即壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度為試件或表面層剖面寬度的五分之一。

 

    c、當(dāng)測(cè)定晶粒、相、類雜物等時(shí)，應(yīng)遵守以上兩個(gè)原則來(lái)選擇負(fù)荷，壓頭壓入深度不大于其厚度的1/10，壓痕的對(duì)角線長(zhǎng)度應(yīng)不大于其面積的1/5。

 

    d、測(cè)定試件（零件、表面層、材料）平均硬度時(shí)，在試件表面尺寸及厚度允許的前提下，應(yīng)盡量選擇大負(fù)荷，以免試件材料組織硬度不均勻影響試件硬度測(cè)定的正確性。

 

    e、為保證測(cè)量度，在情況允許時(shí)，應(yīng)選擇大負(fù)荷，一般應(yīng)使壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度大于20μm。

 

    f、考慮到試件表面冷加工時(shí)產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力硬化層的影響，在選擇負(fù)荷時(shí)應(yīng)在情況許可的情況下選擇大負(fù)荷。

 

    2、測(cè)量德國(guó)EPK硬度計(jì)的正確使用

 

    a. 尋找像平面

 

    （1）針尖試樣應(yīng)采用“光點(diǎn)找像法”。

 

    一般德國(guó)EPK硬度計(jì)測(cè)量顯微鏡物方視場(chǎng)只有0.25～0.35mm，在此視場(chǎng)范圍外區(qū)域，在測(cè)量顯微鏡目鏡視場(chǎng)內(nèi)，眼睛是看不見(jiàn)的。而針尖類試樣往往小于0.1mm，所以在安裝調(diào)節(jié)試樣時(shí)，很難把此調(diào)節(jié)在視場(chǎng)內(nèi)；如果此在視場(chǎng)周圍而不在視場(chǎng)內(nèi)，則在升降工作臺(tái)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)不小心就會(huì)把物鏡鏡片，即使物鏡，找像也很困難，為解決這個(gè)問(wèn)題，提出“光點(diǎn)找像法”方法。

 

    開(kāi)啟測(cè)量顯微鏡的照明燈泡，這時(shí)在物鏡下面工作臺(tái)上就有一個(gè)圓光斑，把針尖試樣垂直于工作臺(tái)安裝在此光斑的中心，升高工作臺(tái)，使此針尖的離開(kāi)物鏡約1mm，這時(shí)眼睛觀察部位，調(diào)節(jié)工作臺(tái)上的兩個(gè)測(cè)微絲桿，使物鏡下照明光點(diǎn)在前后左右對(duì)稱分布在此上（這一步驟必須仔細(xì)），隨后緩慢調(diào)節(jié)升降機(jī)構(gòu)，這時(shí)在目鏡視場(chǎng)中即會(huì)看到一個(gè)光亮點(diǎn)，這就是此上的反射光點(diǎn)，再進(jìn)一步調(diào)節(jié)升降即可找到此針尖的像。

 

    （2）表面光潔度很高的試樣（如顯微硬度塊）應(yīng)采用邊緣找像法

 

    德國(guó)EPK硬度計(jì)試樣表面光潔度一般都是很高的，往往是鏡面，表面上沒(méi)有明顯觀察特征，而顯微硬度計(jì)中所有高倍測(cè)量顯微鏡的景深都是非常小的，只有1～2μm，所以在調(diào)焦找像平面時(shí)，對(duì)于缺乏經(jīng)驗(yàn)的操作者是很困難的，甚至?xí)鰤奈镧R，所以操作者有的留用表面殘留痕跡來(lái)找像平面，但有時(shí)往往無(wú)殘留痕跡時(shí)，建議采用邊緣找像法。即按上述同樣方法使用照明光點(diǎn)（約為0.5～1mm）的中心對(duì)準(zhǔn)試樣表面輪廓邊緣，則在目鏡視場(chǎng)內(nèi)看到半亮半暗的交界處即為此輪廓邊緣，隨后進(jìn)一步調(diào)節(jié)升降即可找到此表面邊緣的像。

 

    b. 調(diào)節(jié)照明

 

    為防止傾斜照明對(duì)壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度測(cè)量度的影響，要調(diào)節(jié)照明光源，使壓痕處在視場(chǎng)中心時(shí)按兩對(duì)角線區(qū)域分的四個(gè)區(qū)間亮度一致，通過(guò)觀察測(cè)微目鏡視場(chǎng)內(nèi)壓痕像的清晰程度，可將照明光源經(jīng)上、下、前、后、左、右方向稍稍移動(dòng)，直至觀察到壓痕像明亮，沒(méi)有陰影為止；移動(dòng)工作臺(tái)微分筒將壓痕像前、后、左、右移動(dòng)，測(cè)微目鏡視場(chǎng)內(nèi)均應(yīng)明亮，沒(méi)有陰影的壓痕像為好。

 

    c. 視度歸正

 

    我們知道測(cè)量顯微鏡測(cè)壓痕時(shí)，是把壓痕經(jīng)物鏡放大后，成像在目鏡前分劃板上，進(jìn)行瞄準(zhǔn)測(cè)量。由于人眼視差異（如正常眼、近視眼、遠(yuǎn)視眼），作為放大鏡作用的目鏡必須放在各種不同位置，才能對(duì)分劃板的刻線作清楚觀察（即刻線這時(shí)為“細(xì)”），這個(gè)步驟（調(diào)節(jié)目鏡相對(duì)于分劃板距離）稱為視度歸正，不然會(huì)影響測(cè)量正確性。

 

    d. 壓痕位置的校正

 

    通過(guò)試驗(yàn)力載荷在測(cè)微目鏡視場(chǎng)看到的壓痕像，若其偏移視場(chǎng)中心較大，則需要進(jìn)行壓痕位置校正，通過(guò)物鏡座幾個(gè)調(diào)整螺釘反復(fù)調(diào)整，直到在測(cè)微目鏡視場(chǎng)內(nèi)壓痕像居中為止，（調(diào)整幾個(gè)螺釘時(shí)不要移動(dòng)工作臺(tái)）并相互鎖緊。

 

    e. 調(diào)焦

 

    為找到正確成像位置，應(yīng)注意要調(diào)節(jié)使壓痕邊緣清晰，而不是壓痕對(duì)角線或?qū)蔷€交點(diǎn)清晰。我們需要測(cè)量的是這個(gè)四棱角錐體坑表面棱形的對(duì)角線長(zhǎng)度。為幫助操作者掌握這一步驟，這里提出“視差判別法”，當(dāng)用分劃板刻線或十字交點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)壓痕對(duì)角線時(shí)，人眼相對(duì)于目鏡左右移動(dòng)，這時(shí)如調(diào)焦不正確，即壓痕邊緣象不*落在分劃板上，則會(huì)發(fā)現(xiàn)此邊緣相對(duì)于分劃線會(huì)左右移動(dòng)。這說(shuō)明調(diào)焦不正確，如人眼相對(duì)目鏡的位置不一致，則一定存在測(cè)量誤差，此時(shí)應(yīng)進(jìn)一步調(diào)焦，直至此邊緣相對(duì)分劃線在人眼晃動(dòng)時(shí)無(wú)相對(duì)位置才為正確。