硬度测试技术

材料检测（包括硬度测试）是分析组件特性的基本方法和有效途径，可采用许多不同的方法和技术进行材料检测。测定硬度值能确保我们深入研究从原料、制备试样到zui终产品的各类组件的性能、耐久性、强度、弹性和性能。在如今竞争日趋激烈的市场中，随着人们对精度和生产率的期望值不断提高，质量和生产误差可能导致严重的后果。与过去相比，制造、研发和质量控制更加依赖和不断提高的技术，以进一步优化现有的传统工艺，以此保持自己的竞争优势。由于硬件、电子和成像算法和软件技术的飞速发展，出现了更*的材料和硬度测试设备，它们能更快速、更可靠、更地运行，并提供极有价值的信息和特性数据。

自动横移和图像分析

在进行显微硬度和宏观硬度测试时，通常会使用努氏和维氏硬度测试法，它们都要求施加规定的试验力，然后测量产生的四棱锥形压痕的尺寸，以此测定材料的硬度。根据测试流程的特点，通常需要施加较小的试验力，因此会产生极微小的压痕，以致必须进行显微硬度测量。目前仍在广泛使用的传统方法要求使用可调节物镜分辨率的显微镜，利用目镜手动测量。可以想象，这种做法不仅费时、主观，而且可能导致错误。每天要处理和观察几百个压痕的技术人员势必会感到疲劳，随着压痕数量不断增加，这很可能影响测量过程的准确度和效率。此外，对硬度横移进行完整分析通常需要制作 15 个以上的压痕，通常需要在一个试样上多次按压，因此迫切需要一种更*的操作技术。在过去几年，许多传统的手动测试流程已在每一环节采用并将继续采用自动化技术，而且将来一定会广泛普及。许多新技术已广泛用于材料制备、载物台移动、结果分析和报告编制。在许多实验室广泛采用的一种技术是通过载物台自动横移和成像分析来测量努氏和维氏压痕。

努氏或维氏硬度自动测试系统通常由可*控制的硬度计构成，它包括一个能自动旋转的转塔，以及能通过顶部/压头罩或主轴驱动系统沿 Z 轴运行的致动器，它能对压头施加预定的试验力，同时还能自动聚焦试样。此外，装有硬度测试软件的电脑、自动 XY 轴电动横移载物台、USB 摄像头能使其成为功能强大的全自动硬度测试系统。当装好试样，设定好操作程序后，操作员即可离开，系统可不受数量限制地自动创建、测量和报告压痕横移。

这种技术有效避免了过去硬件导致的操作困难和工作区凌乱。可通过虚拟摇杆移动载物台，在有些系统中，载物台控制器安装在载物台外壳内。载物台移动算法和机械设计的发展，大大提高了 XY 轴精度和重复性，这正是横移（如硬化层深度分析）的重要要求。图像分析和载物台自动移动技术已在硬度测试领域应用，而且还会继续发展，并会进一步提高测试过程的准确度和效率。相机技术已从抓帧器发展为 IEEE 火线接口和 USB 接口，这不仅能去除多余的硬件，还提高了相机的分辨率和视野。目前*的相机技术、电脑高速的处理能力，以及不断升级的软件包，大大提高了自动硬度测试系统的精度、重复性和可靠性。以前由表面处理、照明、预设校准、阈值和像素尺寸导致的测试限制，现在已*消除，而且还会进一步改善。这样，我们就能放手“让仪器自己工作”并信赖测试结果，以不断提高系统的处理能力和测试的一致性，更重要的是，它能让操作员放手去完成其他的工作。利用大号 XY 载物台能显著提高测试效率，这种载物台能使用一组夹具同时固定 2 个、4 个甚至 6 个试样。操作员打开预设和保存的横移位置，再将试样放入夹具内对齐，然后单击鼠标，系统就会自动制作压痕、读取并报告每个试样上的硬度横移。自动对焦能解决 Z 轴位置变化导致的压痕不清晰的问题。更新的软件甚至允许在横移过程和横移间隙，采用不同的标尺试验力和显微镜物镜。自动测试技术能显著提高洛氏硬度测试的效率，特别是在重复模式下，例如，在顶端淬火试验中，操作员单击鼠标后即可离开，系统会对试验棒材进行全面测试，并生成试验报告。

测定拉伸性能的仪器化压痕测试

仪器化压痕测试 (IIT) 已应用多年，它适用于试验力极小的测试和纳米范围的位移测量。根据《ASTM E2546 准则》和《ISO 14577》的定义，IIT 测试利用硬度压痕来分析无法以其他方式测试的材料，如极薄的电镀层。已发布的 ISO 技术报告《TR 29381》阐释了三种可测定金属材料拉伸性能的 IIT 测试法。这种新技术能满足日益增长的测试需求，它能确保现场检测燃气、油类、反应器管道和其他结构。

在的压痕测试技术中，应用前景zui广阔的当属典型应力与应变 (RSS) 测试法。这种测试法采用直径 1 mm 的碳化钨球，以及在洛氏硬度测试和布氏硬度测试中采用的 1 – 300kg 的试验力。简单地说，就是以步进的方式施加逐渐增大的试验力（参阅图表）。需要在每一步中减小试验力，并记录位移数据。然后增大试验力以进行下一步。需要多次重复这些操作步骤，直至达到zui终的总试验力。取消试验力后，需要分析每步操作提供的数据，以在更传统的应力应变曲线上创建数据点。然后可使用该应力应变曲线测定材料的拉伸性能。

这种新测试法并非目前使用的 ASTM 或 ISO 测试法，但目前正在进行大量的研究，以确定这种方法的有效性。初步试验已表明，在测定拉伸性能时，RSS 测试法与传统的单轴测试法存在 5% – 10% 的相关性。采用 RSS 测试法的主要优势是，它能非传统试样上进行测试，而且能准确地提供大量材料特性信息。

在科技飞速发展和机械化程度日益提高的当今世界，材料检测和检定技术具有举足轻重的意义。正确检定试样能提供与材料性能有关的重要信息，它对我们日常生活中所用的基本材料的安全和运行有至关重要的影响。掌握的技术能确保提高测试过程的精度和效率。和不断进步的测试流程不仅能节约大量时间和费用，而且能提供更、更一致的测试法和测试结果。自动硬度测试法、典型应力和应变测试法，以及创新技术的日后普及，会为未来材料检测技术的发展打下坚实的基础。