硬度測試技術

材料檢測（包括硬度測試）是分析組件特性的基本方法和有效途徑，可采用許多不同的方法和技術進行材料檢測。測定硬度值能確保我們深入研究從原料、制備試樣到zui終產品的各類組件的性能、耐久性、強度、彈性和性能。在如今競爭日趨激烈的市場中，隨著人們對精度和生產率的期望值不斷提高，質量和生產誤差可能導致嚴重的后果。與過去相比，制造、研發(fā)和質量控制更加依賴和不斷提高的技術，以進一步優(yōu)化現有的傳統工藝，以此保持自己的競爭優(yōu)勢。由于硬件、電子和成像算法和軟件技術的飛速發(fā)展，出現了更*的材料和硬度測試設備，它們能更快速、更可靠、更地運行，并提供極有價值的信息和特性數據。

自動橫移和圖像分析

在進行顯微硬度和宏觀硬度測試時，通常會使用努氏和維氏硬度測試法，它們都要求施加規(guī)定的試驗力，然后測量產生的四棱錐形壓痕的尺寸，以此測定材料的硬度。根據測試流程的特點，通常需要施加較小的試驗力，因此會產生極微小的壓痕，以致必須進行顯微硬度測量。目前仍在廣泛使用的傳統方法要求使用可調節(jié)物鏡分辨率的顯微鏡，利用目鏡手動測量?？梢韵胂?，這種做法不僅費時、主觀，而且可能導致錯誤。每天要處理和觀察幾百個壓痕的技術人員勢必會感到疲勞，隨著壓痕數量不斷增加，這很可能影響測量過程的準確度和效率。此外，對硬度橫移進行完整分析通常需要制作 15 個以上的壓痕，通常需要在一個試樣上多次按壓，因此迫切需要一種更*的操作技術。在過去幾年，許多傳統的手動測試流程已在每一環(huán)節(jié)采用并將繼續(xù)采用自動化技術，而且將來一定會廣泛普及。許多新技術已廣泛用于材料制備、載物臺移動、結果分析和報告編制。在許多實驗室廣泛采用的一種技術是通過載物臺自動橫移和成像分析來測量努氏和維氏壓痕。

努氏或維氏硬度自動測試系統通常由可*控制的硬度計構成，它包括一個能自動旋轉的轉塔，以及能通過頂部/壓頭罩或主軸驅動系統沿 Z 軸運行的致動器，它能對壓頭施加預定的試驗力，同時還能自動聚焦試樣。此外，裝有硬度測試軟件的電腦、自動 XY 軸電動橫移載物臺、USB 攝像頭能使其成為功能強大的全自動硬度測試系統。當裝好試樣，設定好操作程序后，操作員即可離開，系統可不受數量限制地自動創(chuàng)建、測量和報告壓痕橫移。

這種技術有效避免了過去硬件導致的操作困難和工作區(qū)凌亂?？赏ㄟ^虛擬搖桿移動載物臺，在有些系統中，載物臺控制器安裝在載物臺外殼內。載物臺移動算法和機械設計的發(fā)展，大大提高了 XY 軸精度和重復性，這正是橫移（如硬化層深度分析）的重要要求。圖像分析和載物臺自動移動技術已在硬度測試領域應用，而且還會繼續(xù)發(fā)展，并會進一步提高測試過程的準確度和效率。相機技術已從抓幀器發(fā)展為 IEEE 火線接口和 USB 接口，這不僅能去除多余的硬件，還提高了相機的分辨率和視野。目前*的相機技術、電腦高速的處理能力，以及不斷升級的軟件包，大大提高了自動硬度測試系統的精度、重復性和可靠性。以前由表面處理、照明、預設校準、閾值和像素尺寸導致的測試限制，現在已*消除，而且還會進一步改善。這樣，我們就能放手“讓儀器自己工作”并信賴測試結果，以不斷提高系統的處理能力和測試的一致性，更重要的是，它能讓操作員放手去完成其他的工作。利用大號 XY 載物臺能顯著提高測試效率，這種載物臺能使用一組夾具同時固定 2 個、4 個甚至 6 個試樣。操作員打開預設和保存的橫移位置，再將試樣放入夾具內對齊，然后單擊鼠標，系統就會自動制作壓痕、讀取并報告每個試樣上的硬度橫移。自動對焦能解決 Z 軸位置變化導致的壓痕不清晰的問題。更新的軟件甚至允許在橫移過程和橫移間隙，采用不同的標尺試驗力和顯微鏡物鏡。自動測試技術能顯著提高洛氏硬度測試的效率，特別是在重復模式下，例如，在頂端淬火試驗中，操作員單擊鼠標后即可離開，系統會對試驗棒材進行全面測試，并生成試驗報告。

測定拉伸性能的儀器化壓痕測試

儀器化壓痕測試 (IIT) 已應用多年，它適用于試驗力極小的測試和納米范圍的位移測量。根據《ASTM E2546 準則》和《ISO 14577》的定義，IIT 測試利用硬度壓痕來分析無法以其他方式測試的材料，如極薄的電鍍層。已發(fā)布的 ISO 技術報告《TR 29381》闡釋了三種可測定金屬材料拉伸性能的 IIT 測試法。這種新技術能滿足日益增長的測試需求，它能確?，F場檢測燃氣、油類、反應器管道和其他結構。

在的壓痕測試技術中，應用前景zui廣闊的當屬典型應力與應變 (RSS) 測試法。這種測試法采用直徑 1 mm 的碳化鎢球，以及在洛氏硬度測試和布氏硬度測試中采用的 1 – 300kg 的試驗力。簡單地說，就是以步進的方式施加逐漸增大的試驗力（參閱圖表）。需要在每一步中減小試驗力，并記錄位移數據。然后增大試驗力以進行下一步。需要多次重復這些操作步驟，直至達到zui終的總試驗力。取消試驗力后，需要分析每步操作提供的數據，以在更傳統的應力應變曲線上創(chuàng)建數據點。然后可使用該應力應變曲線測定材料的拉伸性能。

這種新測試法并非目前使用的 ASTM 或 ISO 測試法，但目前正在進行大量的研究，以確定這種方法的有效性。初步試驗已表明，在測定拉伸性能時，RSS 測試法與傳統的單軸測試法存在 5% – 10% 的相關性。采用 RSS 測試法的主要優(yōu)勢是，它能非傳統試樣上進行測試，而且能準確地提供大量材料特性信息。

在科技飛速發(fā)展和機械化程度日益提高的當今世界，材料檢測和檢定技術具有舉足輕重的意義。正確檢定試樣能提供與材料性能有關的重要信息，它對我們日常生活中所用的基本材料的安全和運行有至關重要的影響。掌握的技術能確保提高測試過程的精度和效率。和不斷進步的測試流程不僅能節(jié)約大量時間和費用，而且能提供更、更一致的測試法和測試結果。自動硬度測試法、典型應力和應變測試法，以及創(chuàng)新技術的日后普及，會為未來材料檢測技術的發(fā)展打下堅實的基礎。