分析机械加工对金属板材维氏硬度的影响

王婵

摘要：本文的探究對象为TA2板材和铌板，探讨机械加工过程对这两种板材维氏硬度指标的影响。机械加工过程中机床加紧的程度与刀具的锋利程度都会对金属板材加工的维氏硬度产生一定的影响，这是由于在进行机械加工时，机床的加紧程度和刀具加工过程控制不当，就会导致加工材料出现变形，在经过机械加工之后，板材的表面会出现不同程度的硬化现象，导致金属板材的硬度值受到干扰。因此在制作薄板的金属材料时，应该加强对机械加工步骤的关注，避免由于机械加工失误原因，对金属板材的维氏硬度指标造成影响。

关键词：机械加工;金属板材;维氏硬度;影响

引言：

维氏硬度测试，是采用金刚石制成一个四角椎体形的构件，作为压头。压头相对两面所形成的夹角简称面角，其角度大小为一百三十六度，棱角的角度为148°6′42″。试验力大小一般控制在49.03牛也就是5千克力以上，这一试验就是维氏硬度试验，试验力大小在9.8牛（也就是1千克力）到49.03牛（也就是5千克力）之间的试验，被陈志伟小负荷的维氏硬度试验，试验力大小在0.49牛到9.8牛之间的试验被称之为显微硬度试验，通常情况下被用于定量测定时使用。而试验力在0.49牛以下的试验通常用作定性分析时使用。

1.试验材料准备

本论文探讨的试验，其试验对象为5毫米厚的TA2金属板材和厚度为4毫米厚的金属铌板，选取板材的纵向横截面作为硬度试验的表面样品，使用刨床来对试样的表面进行初步加工出之后，再使用型号为700号的细砂纸对进行其板材表面的磨砂处理，磨砂时间控制在一分钟左右，然后再对其进行硬度测试试验，本试验主要是对机械结构过程中刨床的夹紧力大小以及刨床刀具的分离程度对金属板材维氏硬度指标的影响进行探索

2.试验方法

试验设备

本试验采用的试验设备为AVK型号的维氏硬度计压头，用正四椎体两两相对的夹角为测量装置用带螺旋测数的读数显微镜进行读数，加载荷载设置为5千克，保持时间为三十秒，硬度压痕测量精度控制在0.001毫米。

试验过程

板材试样在进行硬度测试时，一般会先使用锯床锯出一小块的金属试样，然后在使用刨床对试样进行初步处理确保测试件的两个端面与加工样品的表面为平行状态之后，再使用细砂纸对试样的表面进行打磨处理，然后就可以进行硬度试验了。

在此之前主要关注点在于加工方式的差异上，或是表面处理方式对金属板件硬度测试结果的影响，但是对于机械加工细节因素对金属试件硬度的影响方面的研究还没有相关的讨论结果。因此本文主要针对机械加工过程中刨床的夹紧力程度以及刀具的风力程度对纯钛板与铌板加工硬度的影响进行分析。

在试验过程中，刨床生的夹紧力大小与使用刀具的锋利程度都是会对金属板件的加工硬度产生干扰的。本试验过程中所采用的刨床加工样品，选取了集中不同的夹紧力程度对试件进行加工，方式1：用力夹紧样品，使样品被牢牢的固定在刨床的卡槽中;方式2轻轻将试件样品夹住，只要确保试验样品在加工过程中不会出现晃动即可，然后使用刚打磨的刀具对样品的表面进行加工处理，使用型号为700号的细砂纸对进行其板材表面的磨砂处理，磨砂时间控制在一分钟左右，然后再对其进行硬度测试试验。刨床刀具锋利程度对金属板件硬度的影响试验：轻轻夹住样品确保样品在加工过程中不会出现晃动即可，然后采用方式3磨损程度较为严重的刀具来对样品进行打磨处理，试验过程中，每个样品取五个点进行硬度测试然后取其平均值作为硬度测试的结果。

3.试验结果

试验结果

试验测试的结果如图1表格内容所示：

紧接着我们又对6毫米、8毫米、10毫米、12毫米这四种厚度的纯钛板分别进行了上述几种方式的试验，试验结果显示，6毫米与8毫米厚度的纯钛板在夹紧力越大时，试件硬度结果也随之增大，而对于10毫米与12毫米厚度的纯钛板在加工过程中夹紧力的大小基本不会对试件的硬度结果产生影响，但是需要注意的是，在进行硬度测试时要尽量确保压痕的位置在试样的中心部位，越接近中心部位，试件的硬度值越高。

试验结果分析

由图1 表格中方式1和方式2的测试数据，我们可以知道，对于纯钛板与铌板这些强度比较低的薄板材料而言，使用刨床设备对其表面进行加工处理时，需要将试件固定与卡槽内部，并且夹紧力如果太大，容易对样品的横截面方向造成挤压力，导致样品偏心，使板材样品的硬度值增大，同时也会对硬度值测量的结果产生极大的影响，导致其准确性不足。但是夹紧力大小的影响会随着板材试件厚度的增加随之降低，对于纯钛板厚度大于十毫米的金属板材而言，刨床加工时夹紧力大小对硬度值大小所产生的影响几乎可以不计。

由图1 表格中方式1、方式2方式3的测试数据，我们可以知道，在使用刨床对样品进行加工过程中，加工刀具越是锋利，低板材试样表面所产生的挤压力作用也就会越小，造成的机械热作用也会随之降低。因此，对试件硬度测试值大小的影响也会越小，因此，在进行刀具加工时，应当确保刀具的锋利程度。

结束语：

首先，金属材料在进行硬度测试时机械加工对试样的测试结果影响很大在测试过程中应考虑不同加工方式表面处理方式对结果的影响同时也应当考虑不同加工方式中细节因素对硬度测试结果的影响如刨床加工过程中夹紧力对强度较低的薄板硬度影响刀具锋利程度对结果的影响车床加工过程中转速对测试结果的影响等各种因素。其次，为了获得金属材料相对准确的维氏硬度值，试验室很有必要针对不同种类不同状态的材料进行机械加工及最终表面处理影响因素分析，分别制定不同的加工方法和后期处理条件在保证测试结果的准确的情况下同时要保证机械加工及表面处理的效率和成本。

参考文献

[1]孙晓峰，张浩，郑晓斐.机械加工对金属板材维氏硬度的影响[J].四川有色金属，2018（04）：44-45.

[2]DIN EN ISO 6507-4-2006， 金属材料.维氏硬度试验.第4部分：硬度值表（ISO 6507-4-2005）.德文版本EN ISO 6507-4：2005[S].

[3]EN ISO 6507-4-2005， 金属材料.维氏硬度试验.第4部分：硬度值表（ISO 6507-4-2005）.德文版本EN ISO 6507-4：2005[S].

[4]BS EN ISO 6507-3-2006， 金属材料.维式硬度试验.试验方法[S].

[5]ISO 6507-3-2005， 金属材料.维氏硬度试验.第3部分：标准块的校准[S].

（湖北工程职业学院）