陶瓷釉面维氏硬度测试

陶瓷釉面维氏硬度的测试原理

    陶瓷釉面维氏硬度是以两相对夹角为136o的正四棱金刚石角锥体为压头，在一定的负荷作用下以规定的速度压入被测试片表面并保持规定的时间后卸除负荷，测量其压痕对角线长度来确定的。其硬度值为试验力除以压痕表面积所得的商，计算公式如下：

维氏硬度值（HV）=式中：F的计量单位为kg d的计量单位为mm

    2影响测量陶瓷釉面维氏硬度的因素

     由陶瓷维氏硬度的计算公式可知，影响硬度测定结果的因素有两个：一是试验力即试验负荷F，二是压痕对角线 d。在硬度测试过程中施加的负荷F是否准确、压痕对角线d的测量值是否准确，直接影响硬度测试值，而试验力F的准确性除了受仪器系统误差的影响外，还受到试验人员施加力的熟练程度和环境因素的影响；压痕对角线d的测量值的准确性则受到试片的表面状态、试验人员施加力的熟练程度以及对角线测量的影响。

    a.试片表面状态对测试结果的影响

     在陶瓷釉面硬度试片的选取过程中，试片的平整度、光洁度会直接影响显微镜焦点的调试，从而对测定结果产生较大的影响，特别是试片表面常有许多微小的釉泡，当硬度计压头压入釉面倾斜、凹陷或凸起部位时就会出现不同的压痕形状，根据这些压痕形状，测其对角线得的硬度值与实际值的比较如表1所示。

    b.测试人员操作熟练程度对测试结果的影响

    对于陶瓷釉面维氏硬度的测量，国家标准GB3297-82《日用陶瓷釉面维氏硬度测定方法》对测试负荷的选择、保荷时间等作了规定，根据具体情况选择100g或200g负荷，保荷时间15-30s。另外，在测试过程中，如果加荷速度过快、加荷不稳、显微镜的调焦不当、成像不准等都会对硬度测试值造成影响，其影响如表2所示。

    c.压痕测量对测试结果的影响

    对于苏制ⅡMT-3型硬度计，其对角线长度的读数方式采用的内外读数兼有的十字线瞄准、两次瞄准读数方式，如图1所示。该读数方式鼓轮分度值对角线瞄准位置Ⅰ和位置Ⅱ有两次估算误差。

图2

表2　测试人员操作熟练程度与硬度测试值的关系

影响因素 与实际硬度值的偏差 原因
加荷速度过快 硬度值偏低或测不准 压头受冲击力的影响而产生附加动能使压痕对角线加长或压痕裂边、变形
加荷不稳 硬度值测不准 压痕裂边或变形，压痕对角线测不准
显微镜调焦不当 硬度值测不准 压头零位调高，测得的压痕对角线偏短，硬度值偏高，否则压痕对角线偏长，硬度值偏低

    d. 环境对测试结果的影响

    陶瓷的釉面是硬度较高的脆性材料，环境的振动和较强空气的对流会引起压头振动、从而使压痕变形裂边，造成硬度值测不准。

    3釉面硬度测试值影响因素的几个改进措施

    为减少上述釉面缺陷、测试人员操作熟练程度、压痕测量以及环境因素对釉面硬度测定值的影响，本文提出如下注意事项及改进措施。

    a. 在选择试片以及测试点时，必须做到以下几点：（1）选择平整光洁的试片；（2）压痕部位无釉泡缺陷；（3）选择6个以上的测试点。
    b. 釉面硬度测试人员一定要选择合适的负荷（一般施加负荷所得到的压痕对角线在15~20μ范围内，而且压痕无裂边），准确把握保荷时间（每次测量的保荷时间相差最好在2秒之内）、加荷速度（一般均速0.20mm/s）以及准确调整显微镜焦点。
    c. 对于压痕对角线的测量采用如图2所示的读数方式，即将压痕的一角调至零位的读数方式，该读数方式可以减少一次鼓轮分度值的读数估算误差。
    d. 显微硬度的测量环境无振动并且无强空气对流。