显微硬度计的显微硬度计

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。

它采用计算机软件控制
，高倍率光学测量系统，光电传感器等技术实现测量装置与压头自动切换 ，通过软件输入
，光源的强弱自动调节，并选择维氏与努氏试验方法
、保持时间、文件号与储存等 ，提供了各种硬度值的转换表以供参考
，在LCD大屏幕显示屏上能显示试验方法 、试验力
、测量压痕长度、硬度值 、试验力保持时间，测量次数并能键入年
、月、日期 ，试验结果和数据处理等
，通过打印机输出。

它采用高倍率光学测量系统，目镜鼓轮一次读数 。可测定钢 、有色金属
、IC薄片、薄塑料 、金属薄片
、涂层、表面覆层 、层压金属、热处理碳化层和淬火硬化层的深度与硬度梯度
。 1
、显微硬度计从测试方式上分为：

1.1普通显微硬度计（如：MC010-HV-1000）

1.2数显显微硬度计（如：MC010-HVS-1000）

1.3自动转塔显微硬度计（如MC010-HV-1000Z）

1.4数显自动转塔显微硬度计（如：MC010-HVS-1000Z）

1.5硬度测量分析系统（如：MC010-HVST-1000Z）

1.6电脑控制全功能显微硬度计（如：MC010-HVST-1000ZA）

1.7金相显微硬度计（如：JXHVST-1000Z）

2、显微硬度计从砝码力加载方式上分为：

2.1凸轮加载型（如MC010-HV-1000）

2.2砝码垂直加载型（如MC010-HVS-1000Z）

2.3电子加载型（国外有生产）

3 、显微硬度计从升降控制上分为：

3.1丝杆升降控制型（如MC010-HV-1000）

3.2光杆升降控制型（如MC010-HVS-1000Z） 显微硬度计由主机
、测微目镜、各种试台 、标准硬度块
、各种压头、物镜 、调平角等构成。

测微目镜是用来观察金相或显微组织 ，确定测试部位，测量对角线长度
，数据的采集等；硬度计主机则是完成目镜与压头的切换，在确定的测试部位进行施加载荷 ，完成平台的移动寻找像点等；相关附件主要是为了试件的夹持稳固等 。 下面以MC010-HVST-1000ZA举例来说明显微硬度计的构造：

MC010-HVST-1000ZA显微硬度计主要由图像处理系统
、机身、自动塔台控制系统 、测微光学系统
、大三通系统、加卸载机构 、自动运动控制系统、升降系统
、数据处理系统、显示模块及电路模块等
。如下图示：

3．2．1图像处理系统

高端的图像处理系统采用最新光学技术与电子技术
，通过大三通系统完美的与数据处理系统相结合，使压痕的测试及观察清晰准确 ，大大提高了测试精度。

3．2．2机身

世界主流设计概念的机体
，呈现出精美的轮廓，高级的烤漆工艺让机身持久光亮如新 。

3．2．3自动塔台控制系统

采用高精度的电气控制技术 ，配合一体化的塔台运转系统
，即保证了物镜与压头的准确切换，同时也提高了定位精度 ，使塔台运转轻松自如
。

3．2．4测微光学系统

超大视野的目镜
，超大行程的十字平台移动结构，精准的光学系统 ，让操作人员能够轻松舒适的完成找基准 、定位
、选像及测量整个过程。

3．2．5大三通系统

自主知识产权的新一代大三通系统，直接定位于塔台基板上
，配合一体化的照明系统，能够完美的与图像处理系统、数据处理系统 、塔台控制系统及测微光学系统结合 ，实现了高精度定位
、一体化设计及即时的升级扩展等现代仪器设计理念 。

3．2．6加卸载机构

垂直导轨结构的加卸荷系统
。

3．2．7自动运动控制系统

行程重复性高达2um的精度
，可在行程范围内自由运动的控制方式，直接通过电脑控制的高精度载物台机构 ，不仅仅实现了操作的便利性
，同时也为精密尺寸测量（如涂镀层厚度、金相分析及硬度梯度等）及金属结显微硬度计的使用与操作 2．1显微硬度计技术参数

2．1．1试验力：0.098N 、0.245N
、0.490N、0.981N 、1.961N
、2.942N、4.903N 、9.807N，即：10gf、25gf
、50gf、100gf 、200gf
、300gf、500gf 、1000gf；

2．1．2施加试验力速度：0.05mm/s ，自动加卸载试验力；

2．1．3目镜倍率：10X；

2．1．4物镜倍率：10X（观察）
、40X（测量）；

2．1．5压痕范围：最大压痕测量长度250mm
，最小压痕测量长度0.1um；

2．1．6硬度测量范围：最大硬度值9999.9，最小硬度值0.001；

2．1．7测试储存次数：99次；

2．1．8试验力保荷时间：0-99秒；

2．1．9试件最大高度：85mm；

2．1．10压头中心到内壁距离：110mm；

2．1．11最小检测单位：0.025um；

2．1．12试台尺寸：110X100mm ，试台移动范围30X30mm
，最小读数0.01mm；

2．1．13光路切换方式：目镜与CCD摄影同时观看测试；

2．1．14电源：220V，50/60Hz；

2．1．15主机重量：毛重50kg；

2．1．16仪器外形尺寸：460X430X200mm； 硬度是一个重要的力学性能指标 ，它能反映材料弹性和塑性变形的特性指标。硬度测定时试样制备简单，试样基本不被破坏
，接近无损检测，在不同尺寸与形状的试样上测定时 ，操作简便
，测量速度快，并且硬度与强度之间有着相似的换算关系 ，根据硬度值能够得出近似的强度极限值；硬度测定是用标准形状和尺寸的较硬物体在一定压力下接触材料表面
，测定材料在变形过程中表现出来的抗力，称为硬度测试 。用不同的载荷施加力的方法所得到的硬度是表现材料抵抗塑性变形的能力 ，肖氏硬度则表现了材料抵抗弹性变形的能力；日常中我们把载荷大于1kg测试力的称为宏观硬度
，它主要用于较大的试件，希望通过硬度测试能够反映材料的宏观性能；载荷小于1kg测试力的称为微观硬度 ，它主要用于小而薄的试件
，希望反映出微小领域内的材料性能，如显微组织的相硬度、材料的表面硬度。

显微硬度的测试原理基本和维氏硬度测试相同 ，所不同的是压头采用的是两对面夹角为136°;底面为正方形的正四棱锥金刚石压头和一径角为 ，横断角为 的金刚石锥形压头
，即：克努普金刚石压头（入下图）
。显微硬度计和维氏硬度计所用的载荷分别为：1kg 、2kg
、3kg、5kg 、10kg
、20kg、30kg 、50kg、100kg
、120kg等，常用的为1kg、2kg 、5kg
、10kg、30kg 、50kg。载荷的大小主要取决于试件的厚度 。测试的最终硬度是通过压痕单位面积上所能承受的载荷来表示的
。将选定的固定实验力（载荷）压入试样表面 ，并经过规定的保持时间（保荷）
，然后卸除实验力（卸荷）后，在试样表面残留出一个底面为正方形的正四棱锥或克努普压痕 ，通过测微目镜测量其对角线的长度
，得到压痕的面积，显微硬度值就是实验力与压痕表面积的比值。

上图为正四棱锥金刚石压头

采用正四棱锥金刚石压头的计算公式如下：

式中：F=所施加的载荷 ，单位为N；S=压痕在试样上的表面积；D为压痕两对角线长度；HV=显微维氏硬度值 。

公式的推导：

则 
，式中：F单位：g；d单位：um
。

φ角选择136°是为了使维氏硬度得到一个成比例的并在较低硬度时与布氏硬度基本一致的硬度值。在布氏测试法台规定0.25<d/D<0.5，最理想的d/D值是0.375, φ=44°,与此相对应的金刚石正四棱锥的两以面间夹角就是180°-44°=136° 。

采用克努普金刚石压头的计算公式如下：

此时压痕的长对角线与短对角线的长度之比是7.11
。硬度值为：

式中F单位：N

d 为长对角线 ，单位：mm

公式的推导：

式中：F单位：g；L单位：um。

(1) 转动试验力变换手轮
，使试验力符合选择要求 。旋转试验力变换手轮时，应小心缓慢地进行 ，防止过快产生冲击
。

(2) 打开电源开关(22),指示灯(21)及光源灯(10)亮。LCD屏上显示此时试验力变换手轮所指示的试验力，并显示94年8月8日初始化日期 。

(3) 这时光标在94年下显示
，按下[TIME ]或[TIME-]键,可递增或递减，每按一次递增或递减5个数字。年份选择后 ，按下[SPECI]键选择月份
，这时光标在8月下显示，数次按下[TIME ]或[TIME-]键选择月份.再按下[SPECI] ，这时光标在8日下显示
，如上所述选择日期
。当测试结果输出打印时，相应打出所键入的年月日期。如不需打印日期时 ，可连按三次[SPECI]键 。

(4) 日期键入后
，LCD屏上显示D1
、D2、HV 、N等字母，即表示仪器己进入工作状态
。

(5) 转动物镜
、压头转换手柄(16) ，使40X物镜(18)处于主体前方位置。(光学系统总放大倍率为400×
，处于测量状态 。)

(6) 将标准试块或试样安放在试台上，转动旋轮(20)使试台上升
。眼睛接近测微目镜观察。当试样离物镜下端2～3mm时 ，在目镜的视场中心出现明亮光斑，说明聚焦面即将来到
，此时应缓慢微量上升，直至在目镜中观察到试块或试样表面的清晰成像 ，这时聚焦过程完成 。

(7) 如果在目镜中观察到的成像呈模糊状或一半清晰一半模糊
，则说明光源中心偏离系统光路中心，需调节灯泡的中心位置
。如果视场太暗或太亮可通过操作面板(6)上的软键调节光源强弱。

(8) 如果想观察试块或试样上的较大视场范围 ，可将物镜压头转换手柄逆时针转至主体前方
，此时，光学系统总放大倍率为100X ，处于观察状态 。当转换1OX和40X物镜时聚焦面有微量变化
，可微调升降丝杆进行聚焦
。

(9) 将转换手柄逆时针转动，使压头主轴处于主体前方 ，此时压头顶尖(1)与聚焦好的平面之间间隙约为0.4～0.5mm。当测量不规则的试样时要小心
，防止压头碰及试样，损坏压头 。

(10) 根据试验要求在操作面板上键入试验力延时保荷时间 ，每键入一次变化为五秒，[十]为加
，[－]为减。

(11) 按下操作面板(6)上的[START]键，此时加试验力 ，[LOADING] LED指示灯亮
。

(12) 试验力保持阶段时
，延时[DWELL]LED亮，此时LCD屏上T按所选择时间倒计数 ，延时时间到
，试验力卸除，卸试验力(UNLOADING)LED亮。在LED未灭前 ，不要转动压头测量转换手柄
，否则会影响压痕测量精度，甚至损坏仪器 。

(13) 将转换手柄顺时针转动 ，使40X物镜处于主体前方
。这时就可在测微目镜中测量对角线长度。

(14) 先将测微目镜右边的鼓轮顺时针旋转
，使目镜内观察到的两刻线相近移动 。当两刻线边缘相近时，透光缝隙逐渐减少 ，当两刻线间处于无光隙的临界状态时，按下[CL]键清零
。

(15) 转动左侧鼓轮使鼓轮左边刻线对准压痕一角
，再转动右侧鼓轮，两刻线分离 ，使右侧刻线对准压痕另一角。当刻线对准压痕对角线无误时
，就按下测微目镜下方的按钮输入，并在显示屏的D1后显示 。

(16) 当右侧鼓轮转动时 ，LCD屏上D1后的数字闪烁
，表示结果还未输入，当结果输入后就不再闪烁 ，光标转入D2
。按上述要求
，再次测定另一对角线长度。此时LCD屏HV硬度值就同时显示 。注: 压痕会由于样品的表面粗糙不平或平整度差异或多或少地发生变形，所以测量对角线应在两个垂直方向上进行 ，取其算术平均值
。( 当进行努氏硬度试验时
，只需测试长对角线长度，HK硬度值就立即显示。)

(17) 本次测量完成后 ，才能进行下一次试验 。如果本次测量结果不满意，可重复进行测量或按[SPECI]、[RESET]复位键重新进行试验。( 此时测微目镜刻线需重新对零 )

(18) 当LCD屏显示测量次数N≥1时
，可按[SPECI] 、[PRI]打印键，测试结果从打印机(24)中打印输出
。第一次试验结果(N=O)不予打印。

(19) 当在目镜中观察到压痕太小或太大影响测量时 ，需重新选择试验力
，转动试验力变换手轮，使试验力符合要求 ，这时应按下[SPECI]和[RESET]键
，LCD屏就显示所选试验力 。此时，测微目镜刻线应重新对零
。

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