便攜式里氏硬度計相鄰壓痕的影響

趙 飛 張 濤

（安徽強華電力發展有限公司，安徽 合肥 230000）

1 硬度檢測概述

金屬硬度檢測主要有兩類試驗方法。一類是靜態試驗方法，這類方法試驗力的施加是緩慢而無沖擊的。硬度的測定主要決定于壓痕的深度、壓痕投影面積或壓痕凹印面積的大小。靜態試驗方法包括布氏、洛氏、維氏、努氏、韋氏、巴氏等[1]。另一類試驗方法是動態試驗法，這類方法試驗力的施加是動態的和沖擊性的。這里包括肖氏和里氏硬度試驗法。

2 試驗

選取一根管材，材質12Cr1MoVG，規格Φ89×16。使用磨砂輪、240 目砂紙、400 目砂紙、600 目砂紙、800 目砂紙進行精細打磨，4%硝酸酒精溶液腐蝕2～3 分鐘。用美國G&R 公司的便攜式里氏硬度計HT-2000A 型[2]，沖擊頭為碳化鎢沖擊體（LD 型）。記錄并比較硬度值，BJ-X 型光學顯微鏡觀察沖擊坑。

2.1 分散區域的硬度值檢測

便攜式里氏硬度計敲擊試樣表面。敲擊3 組數據，多組數據避免出現偶然誤差，試驗時室溫18℃。12Cr1MoVG 是火力發電廠常見的金屬材料，組織為珠光體加鐵素體組織，金相組織圖案便于觀察比較。壓痕直徑約600μm，壓痕與正常區域分界明顯，周邊材料未受到影響，組織均勻分布。壓痕內材料致密度發生變化，組織的圖案呈扭曲變形狀。

表1 記錄了同一根試樣不同位置的三組硬度數據，由表1 可以看出，試驗區域內硬度值均勻，相同試驗條件下硬度值偏差值為2（HB），檢測結果穩定。

表1 分散的硬度值Table 1 Dispersed hardness values

2.2 不同距離內壓痕的影響

為了驗證周邊區域硬度值是否受到影響，分別距離硬度點壓痕不同距離進行沖擊。選擇距離以壓痕直徑為參考依據，分別選取5 倍直徑、4 倍直徑、3 倍直徑、2 倍直徑、1倍直徑、0.5 倍直徑進行測試。圖2 為距離0.5 倍壓痕直徑的結果，兩個壓痕分界明顯，周邊組織未發生明顯變化，組織均勻分布。壓痕內材料致密度發生變化，壓痕內組織的圖案呈扭曲變形狀。

由表2 可以看出，不同距離內硬度值最大偏差為10（HB），試驗結果比較接近。

表2 不同距離的硬度值Table 2 Hardness values at different distances

2.3 重疊壓痕的影響

基于上述的實驗結果，我們已經驗證不相連的壓痕互不影響。為了驗證壓痕重疊是否會對結果產生影響，使兩壓痕一半重疊。分別進行三組測試。兩壓痕交接區域有一條明顯的黑線，下半部分為第一次檢測時留下的壓痕，上半部分為第二次檢測留下的壓痕，第一次檢測留下的壓痕對第二次檢測結果影響較大。檢測數據見表3，數據離散較大，沒有可靠性。

表3 重疊壓痕硬度值Table 3 Overlapping indentation hardness values

3 分析

里氏硬度計沖擊頭會對工件表面材料進行沖擊，金屬材料會在沖擊方向產生塑性變形，這種塑性變形是不可逆的，這種相鄰的兩個壓痕會不會產生硬度值影響，我們從金屬材料形變規律進行分析。一般金屬材料在受到外力時，首先產生彈性變形，到達臨界值之后會產生塑性變形，到達抗拉或抗壓強度最大值，屈服后斷裂。由此推測塑性變形只是因為在該方向上受到了外力，而沖擊頭只做簡單的直線運動，不對周邊區域做直接或間接的沖擊。

以型號HT-2000A 里氏硬度計為例，沖擊后留下約直徑600μm 的半圓球坑，坑內表面光滑，無凸起或凹坑，體積計算公式為：

計算結果為ΔV=0.057mm3

以塑形變形進行分析，將ΔV 體積的金屬壓入到試樣受力方向，該方向內金屬材料致密度增大，其周邊金屬材料并未受到擠壓。沖擊頭對金屬試樣中間位置沖擊，沖擊方向的金屬材料變得更致密，相鄰區域的金屬材料未發生變化。

當兩壓痕不相連時，沖擊頭分別對不同部位的沖擊方向施加沖擊力，非沖擊頭運動方向未直接受到作用力，未發生形變。形變部分承受沖擊頭帶來的沖擊力，產生塑性變形。

當兩壓痕相連時，第一次檢測時壓痕為正常壓痕，第二次壓痕有一半在第一次壓痕之上。第二次檢測的沖擊頭抵達試樣表面時，一半沖擊頭接觸試樣，一半沖擊頭未接觸試樣；沖擊頭到第一次壓痕的底部時，受到形變后材料的阻力，沖擊頭達到行程時，一半是正常材料，一半是致密材料；回彈時由于受力不均勻，且致密性不同，所以數據不可靠。

4 結語

當兩壓痕不相連時，沖擊頭分別對不同部位的沖擊方向施加沖擊力，非沖擊頭運動方向未直接受到作用力，未發生形變。形變部分承受沖擊頭帶來的沖擊力，產生塑性變形。當兩壓痕相連時，第一次檢測時壓痕為正常壓痕，第二次壓痕有一半在第一次壓痕之上，檢測數據不可靠。為避免壓痕重疊造成的數據偏差，相鄰兩壓痕應保持適當距離。