便携式里氏硬度计相邻压痕的影响

赵 飞 张 涛

（安徽强华电力发展有限公司，安徽 合肥 230000）

1 硬度检测概述

金属硬度检测主要有两类试验方法。一类是静态试验方法，这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的。硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。静态试验方法包括布氏、洛氏、维氏、努氏、韦氏、巴氏等[1]。另一类试验方法是动态试验法，这类方法试验力的施加是动态的和冲击性的。这里包括肖氏和里氏硬度试验法。

2 试验

选取一根管材，材质12Cr1MoVG，规格Φ89×16。使用磨砂轮、240 目砂纸、400 目砂纸、600 目砂纸、800 目砂纸进行精细打磨，4%硝酸酒精溶液腐蚀2～3 分钟。用美国G&R 公司的便携式里氏硬度计HT-2000A 型[2]，冲击头为碳化钨冲击体（LD 型）。记录并比较硬度值，BJ-X 型光学显微镜观察冲击坑。

2.1 分散区域的硬度值检测

便携式里氏硬度计敲击试样表面。敲击3 组数据，多组数据避免出现偶然误差，试验时室温18℃。12Cr1MoVG 是火力发电厂常见的金属材料，组织为珠光体加铁素体组织，金相组织图案便于观察比较。压痕直径约600μm，压痕与正常区域分界明显，周边材料未受到影响，组织均匀分布。压痕内材料致密度发生变化，组织的图案呈扭曲变形状。

表1 记录了同一根试样不同位置的三组硬度数据，由表1 可以看出，试验区域内硬度值均匀，相同试验条件下硬度值偏差值为2（HB），检测结果稳定。

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

2.2 不同距离内压痕的影响

为了验证周边区域硬度值是否受到影响，分别距离硬度点压痕不同距离进行冲击。选择距离以压痕直径为参考依据，分别选取5 倍直径、4 倍直径、3 倍直径、2 倍直径、1倍直径、0.5 倍直径进行测试。图2 为距离0.5 倍压痕直径的结果，两个压痕分界明显，周边组织未发生明显变化，组织均匀分布。压痕内材料致密度发生变化，压痕内组织的图案呈扭曲变形状。

由表2 可以看出，不同距离内硬度值最大偏差为10（HB），试验结果比较接近。

表2 不同距离的硬度值Table 2 Hardness values at different distances

2.3 重叠压痕的影响

基于上述的实验结果，我们已经验证不相连的压痕互不影响。为了验证压痕重叠是否会对结果产生影响，使两压痕一半重叠。分别进行三组测试。两压痕交接区域有一条明显的黑线，下半部分为第一次检测时留下的压痕，上半部分为第二次检测留下的压痕，第一次检测留下的压痕对第二次检测结果影响较大。检测数据见表3，数据离散较大，没有可靠性。

表3 重叠压痕硬度值Table 3 Overlapping indentation hardness values

3 分析

里氏硬度计冲击头会对工件表面材料进行冲击，金属材料会在冲击方向产生塑性变形，这种塑性变形是不可逆的，这种相邻的两个压痕会不会产生硬度值影响，我们从金属材料形变规律进行分析。一般金属材料在受到外力时，首先产生弹性变形，到达临界值之后会产生塑性变形，到达抗拉或抗压强度最大值，屈服后断裂。由此推测塑性变形只是因为在该方向上受到了外力，而冲击头只做简单的直线运动，不对周边区域做直接或间接的冲击。

以型号HT-2000A 里氏硬度计为例，冲击后留下约直径600μm 的半圆球坑，坑内表面光滑，无凸起或凹坑，体积计算公式为：

计算结果为ΔV=0.057mm3

以塑形变形进行分析，将ΔV 体积的金属压入到试样受力方向，该方向内金属材料致密度增大，其周边金属材料并未受到挤压。冲击头对金属试样中间位置冲击，冲击方向的金属材料变得更致密，相邻区域的金属材料未发生变化。

当两压痕不相连时，冲击头分别对不同部位的冲击方向施加冲击力，非冲击头运动方向未直接受到作用力，未发生形变。形变部分承受冲击头带来的冲击力，产生塑性变形。

当两压痕相连时，第一次检测时压痕为正常压痕，第二次压痕有一半在第一次压痕之上。第二次检测的冲击头抵达试样表面时，一半冲击头接触试样，一半冲击头未接触试样；冲击头到第一次压痕的底部时，受到形变后材料的阻力，冲击头达到行程时，一半是正常材料，一半是致密材料；回弹时由于受力不均匀，且致密性不同，所以数据不可靠。

4 结语

当两压痕不相连时，冲击头分别对不同部位的冲击方向施加冲击力，非冲击头运动方向未直接受到作用力，未发生形变。形变部分承受冲击头带来的冲击力，产生塑性变形。当两压痕相连时，第一次检测时压痕为正常压痕，第二次压痕有一半在第一次压痕之上，检测数据不可靠。为避免压痕重叠造成的数据偏差，相邻两压痕应保持适当距离。