塑料球壓痕硬度國家計量基準(zhǔn)

     中國計量科學(xué)研究院于1990年研制成功塑料球壓痕硬度基準(zhǔn)，1993年獲國家技術(shù)監(jiān)督局科技進(jìn)步三等獎，1994年被批準(zhǔn)為國家計量基準(zhǔn)。
　塑料球壓痕硬度基準(zhǔn)由靜重式直接加載的基準(zhǔn)硬度機(jī)和5mm的基準(zhǔn)壓頭組組成，硬度標(biāo)尺共有H5/5.0、H5/13.5、H5/36.5及H5/98.0四種。該基準(zhǔn)機(jī)采用高精密度光柵和計算機(jī)軟件細(xì)分，其分度值為0.1μm。用微處理機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并能顯示和打印出每點(diǎn)的硬度值、不均勻度、平均值等。
　該基準(zhǔn)的不確定度為0.2Hk=3，穩(wěn)定度為0.4H，*國內(nèi)塑料硬度計量領(lǐng)域的空白，其主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到水平。為我國化工、輕工、航天、汽車等工業(yè)評定塑料硬度提供了可靠的量值基準(zhǔn)，也為貿(mào)易結(jié)算及質(zhì)量認(rèn)證提供了性的仲裁依據(jù)。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

　　掌握塑料球壓痕硬度試驗(yàn)方法，了解球壓痕硬度計的結(jié)構(gòu)\ 原理和使用方法

二、實(shí)驗(yàn)原理

　　塑料球壓痕硬度試驗(yàn)是把規(guī)定直徑的鋼球在試驗(yàn)負(fù)荷作用下，垂直壓入試樣表面并保持一定時間后，在負(fù)荷下測量壓痕深度，并求出壓痕面積，以單位面積上承受的力 標(biāo)準(zhǔn)單位：N ／mm2 ，非標(biāo)準(zhǔn)單位：kg ／ mm2 來表示硬度大小的試驗(yàn)。壓痕深度可以在儀器的指示表盤上直接讀得，鋼球的壓入情況如圖1 所示。

三、實(shí)驗(yàn)儀器及試樣

1．實(shí)驗(yàn)儀器

　球壓痕硬度計的結(jié)構(gòu)如圖２所示，主要由機(jī)架、壓頭、加荷裝置、壓痕深度、指示儀表等組成，各機(jī)構(gòu)的技術(shù)要求如下。

圖１　球壓痕硬度試驗(yàn)示意圖

1 硬度計的機(jī)架為剛性結(jié)構(gòu)，在zui大負(fù)荷下，沿軸線方向的變量不大于0.05mm ，機(jī)架上帶有或升降的工作臺。

2 升降工作臺的中心軸線與壓頭主軸線的同軸度不大于0 ．2mm 。

3 主軸線與升降工作臺面垂直，偏差不大于0 ．2 ％。

4 硬度指示值準(zhǔn)確度為土4 ％。

5 壓頭為淬火拋光的鋼球，直徑為5mm ，公差±0 ．5 ％以內(nèi)，硬度800Hv 。

6 加荷裝置包括加荷杠桿、砝碼和緩沖器，通過調(diào)配砝碼可對壓頭施加下列負(fù)荷：

初負(fù)荷為：9 ．8N1kg

各級負(fù)荷允許誤差均為土1 ％。

圖２　球壓痕硬度計結(jié)構(gòu)示意圖

緩沖器的作用是保證壓頭對試樣平穩(wěn)無沖擊加荷。

7 壓痕深度指示儀表為測量壓頭壓入深度的裝置，在0 一0 ．5mm 測量段內(nèi)，精度為0 ．005mm 。

8 計時裝置能指示試驗(yàn)負(fù)荷全部加入后讀取壓痕深度的時間，計時量程不小于60s ，準(zhǔn)確度為±5 ％。

2．實(shí)驗(yàn)試樣

1 試樣的外觀應(yīng)是平整、光滑、無氣泡、厚度均勻、無機(jī)械損傷及雜質(zhì)等。

2 試樣尺寸50mm×50mm × 4mm 或φ50mm×4mm 。測量時，測量點(diǎn)中心與試樣邊緣距離不小于10mm ，各測量點(diǎn)中心之間的距離不小于10mm 。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1 按GB ／T1039—92 中的規(guī)定檢查和處理試樣，并按GB2918 — 82 調(diào)節(jié)試驗(yàn)環(huán)境。

2 檢測各負(fù)荷下機(jī)架的變形量。由于在負(fù)荷下，機(jī)架也產(chǎn)生微量變形，從而使壓痕深度指示值大于實(shí)際壓痕深度，這樣就必須定期檢查各級負(fù)荷下機(jī)架的變形量。測定時卸下壓頭，升起工作臺位其與主軸接觸，加上初負(fù)荷，調(diào)節(jié)深度指示儀表為零，再加上試驗(yàn)負(fù)荷，直接由壓痕深度指示儀表中讀取相應(yīng)負(fù)荷下機(jī)架變形量h 2 mm 。

3 根據(jù)材料硬度，選擇適宜的試驗(yàn)負(fù)荷，裝上壓頭，并把試樣放在工作臺上、使測試表面與加荷方向垂直，無沖擊加上韌負(fù)荷后，把深度指示儀表調(diào)到零點(diǎn)。

4 在2 一３s 內(nèi)將所選擇適宜的負(fù)荷平穩(wěn)加到試樣上，保持負(fù)荷30s ，立即讀取壓痕深度h1mm 。

5 必須保證壓痕深度在0 ．15 一0 ．35mm 的范圍內(nèi)，若壓痕深度不在規(guī)定范圍內(nèi)，則應(yīng)改變試驗(yàn)負(fù)荷，使達(dá)到規(guī)定的深度范圍。

6 每組試樣不少于兩塊，測量點(diǎn)數(shù)不少于10 點(diǎn)。

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

1. 球壓痕硬度值按下式計算。

式中　　H——球壓痕硬度，N ／mm ２

F——試驗(yàn)負(fù)荷、N

D一一鋼球直徑，mm

h一—校正機(jī)架變形后的壓痕深度，mm

h＝h 1—h2

hl——試驗(yàn)負(fù)荷下鋼球的壓入深度，mm

h2——儀器在試驗(yàn)負(fù)荷下機(jī)架變形量，mm

2. 試驗(yàn)結(jié)果以一組試樣的算術(shù)平均值表示，取三位有效數(shù)字。

3. 標(biāo)準(zhǔn)偏差可按下式計算。

式中X——單個試樣測定值

——一組試樣測定結(jié)果的算術(shù)平均值

n一一測定試樣個數(shù)

六、實(shí)驗(yàn)報告或?qū)嶒?yàn)記錄的內(nèi)容

•  被測試材料的名稱、規(guī)格、來源及生產(chǎn)廠家。

•  試樣的形狀、尺寸和制備方法。

•  試驗(yàn)溫度、濕度、狀態(tài)調(diào)節(jié)時間及試驗(yàn)負(fù)荷。

•  試驗(yàn)次數(shù)及沒有達(dá)到規(guī)定壓痕深度范圍的測量次數(shù)。

•  球壓痕硬度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。

•  試驗(yàn)日期、試驗(yàn)人員。

七、注意事項

•  試驗(yàn)時，必須保證所施加作用力與試樣表面垂直，試樣支承面必須與工作臺面接觸良好，試驗(yàn)過程中加荷應(yīng)平穩(wěn)，不得有任何沖擊和振動。

•  安裝壓頭或更換工作臺應(yīng)先預(yù)檢幾次，使儀器處于良好工作狀態(tài)，方可進(jìn)行正式硬度試驗(yàn)。

•  在施加韌負(fù)荷時，工作臺僅允許向上移動，直至初負(fù)荷施加完畢，不允許中途退回再向上移動，如上升時已超過允許偏移量，則下降工作臺，檢查原因。

•  被測試材料的硬度，必須在儀器測量范圍內(nèi)。若未知材料的硬度范圍，對負(fù)荷的選擇應(yīng)由小到大，逐級增加。

八、思考題

•  敘述塑料球壓痕硬度試驗(yàn)原理。

•  何謂初負(fù)荷和試驗(yàn)負(fù)荷?

•  為什么對試樣加上初負(fù)荷和試驗(yàn)負(fù)荷后讀取硬度值都有時間要求?