【摘要】緊韌體中有許多產品需進行維氏硬度試驗，本文結合維氏硬度試驗原理，對實際檢驗這些產品時針對不同的自身條件和試驗要求**現的問題進行簡要分析，並對緊韌體產品在具體選擇維氏硬度試驗時，提出了合理的建議。
1、前言
在緊韌體產品的硬度效能檢測中，種類較多，幾種常見硬度試驗方式幾乎都在被採用，如果對硬度試驗沒有明確的認識，這種情況最易導致應用混亂，另外制定工藝檔案的人員在參照效能試驗要求標準時，標準中往往提供數種硬度方法要求，當他們在選擇其中之一時，由於對零件的生產過程特點和試驗特點不可能十分的了解。所以，此時容易隨意認為比較重要的硬度檢驗方法為最有效，而此舉造成現生產的困難。因此，有必要對幾種硬度試驗方法如何在實際零件檢驗中的使用有乙個充分的了解，以便於各個生產環節都能夠順利而又合乎要求地完成，既提高生產效率同時又真正地適應現代化生產的特點。
2、維氏硬度試驗原理
硬度是指金屬表面上不大體積內金屬抵抗壓入塑變或抵抗刻劃破裂的能力，應用得最廣泛的是壓入硬度試驗包括維氏硬度試驗，即表示金屬對於乙個有一定幾何形狀的壓頭在一定負荷下壓入它表面的抗力，即表徵金屬抵抗變形的能力。在實際應用中，要具體明確地給硬度這一術語下乙個確切的定義是很困難的，因此無法真正表述「硬度」這一試驗方式的物理本質。對於「硬度」的物理意義，更是與金屬最基本的機械效能指標，如形變抗力指標、斷裂抗力指標、形變功等等有關係。
因此，實際的應用中，更深入地理解「硬度」的本質沒有必要，但有必要對「硬度」在應用方面有進一層次的理解認識，這樣有利於確定正確方式的選擇，以利於生產，對緊韌體如此眾多的產品來說，這樣做顯得尤為迫切。
維氏硬度試驗法開始於2023年。其測定原理是根據單位壓陷凹面積承受的負荷，即應力值作為硬度值的計量指標。試驗過程是用乙個相對兩面間夾為136°的金剛石正四稜錐體壓頭，在一定負荷作用下，壓入被測金屬表面，經規定的保荷時間後，卸除負荷，測量壓痕，正方形投影的對角線長度，按要求需要計算錐形壓痕的表面積及其每單位面積上所受的平均應力壓痕。
正方形投影的對角線長度d為壓痕兩對角線d1、d2的算術平均值，即d=(d1+d2)/2。由以上條件，計算試樣的維氏硬度值為：
hv=｛2×p×sin(136°/2)｝/d2=1.8544×p/d2……①
式中：p——施加載荷kg，
d——壓痕兩對角線的算術平均值mm
則維氏硬度值hv的單位為：kg/mm
在實際應用中，此單位一般不帶，直接寫出數值即可。如450hv10即表示在10kg額定負荷下，在規定保荷時間內，所測得的維氏硬度值為450。
3、維氏硬度試驗在緊韌體產品的硬度檢測中的應用狀況
由於緊韌體產品種類繁多，產品用材選料廣泛。在實際檢測中我們發現，產品既有普通標準件的成品、半成品及原材料，也有各種非標準件的各種產品形式。材料包括有中碳鋼、低碳鋼、易切削鋼以及彈簧鋼等，常見材料如：
22a、65mn、35k、35、ml15、ml20、45、y15、20等。材料顯微組織如原材料組織、調質組織、碳氮共滲組織以及中溫回火組織。試驗要求的部位有表面和心部等處。
以下對幾種典型產品的維氏硬度試驗作一簡要敘述。
1．零件號為q340b10，零件名稱為螺母，材料為22a，該零件要求維氏硬度值為hv188—302。該零件效能等級為8級，不進行熱處理，組織為原材料組織。該產品在2023年7月的一次送檢時，試驗測得的維氏硬度值為hv192—244，試驗機載荷選擇為5kg。
2．零件號j01—040012，零件名稱為裙邊螺母，材料為y15，該零件為轎車零件，材料為易切屑鋼，原材料組織，在2023年3月的一次送檢時，試驗測得的維氏硬度值為hv195—214，試驗機載荷選擇為5kg。
3．零件號q5280312，零件名稱為彈性圓柱銷，材料為65mn，材料為碳素彈簧鋼，熱處理方式為淬火後中溫回火，以獲得彈性較高的回火屈氏體組織。在2023年7月的一次送檢時，試驗測得的維氏硬度值hv466—487，試驗機載荷選擇為5kg。
4．零件號j01—066014，零件名稱為軸用擋圈，材料65mn，鋼絲直徑1.6mm，試驗要求為hrc45—50。在試驗過程中因材料尺寸太小，進行洛氏硬度試驗困難，故機械效能室確定進行維氏硬度試驗後，其結果再換算為洛氏硬度值。
5．氣門彈簧座，零件號b70hm—6a536ad，材料為ml15，表層氰化處理。技術要求為滲層深度為0.15—0.
35mm，回火後表面硬度430—550hv；心部硬度不得大於300hv，按此要求，在2023年4月的一次送檢中，該零件的試驗結果為表面硬度507—514ahv，試驗機載荷選擇為10kg；心部硬度為339—350hv，試驗機載荷選擇為30kg。
4、維氏硬度試驗的特點
從前面所述實際應用情況來看，維氏硬度試驗在產品效能檢驗中的應用非常廣泛，同時也看到，這種廣泛的應用方式是在對該種試驗方式的特點缺乏認識的情況下出現的。合理地根據該種試驗方式特點來適當地選擇該種試驗，才能真正地確保結果的準確性。因此，有必要充分了解維氏硬度試驗本身的特點。
從這些情況來看，維氏硬度試驗結果比較準確。
4．1 在布氏、洛氏硬度試驗相比，維氏硬度試驗結果精確
維氏硬度壓頭採用四方角錐後，其壓痕為一具有清晰輪廓的正方形，在測量其對角線長度時誤差小。再則，維氏硬度試驗機本身的測量精度都很高，試驗機一般都有自動加荷裝置，能精確地調節加荷速度和保持時間。與布氏硬度相比，維氏硬度不存在布氏壓頭（鋼球）變形問題。
洛氏硬度由於是以壓痕深度為計量指標，而壓痕深度總比壓痕寬度要小些，故其相對誤差也就大些。
4．2 不同負荷級之間的維氏硬度值可以相互比較
從硬度試驗原理看，維氏硬度的測定原理和布氏硬度相同。布氏硬度值從低到高有乙個連續一致的標度，但對不同的材料需改換圓球直徑和負荷大小以保證幾何相似的條件。而維氏硬度採用了136°面角的金剛石正四稜錐體壓頭，當負荷改變時，壓痕的幾何形狀恆相似。
因此，維氏硬度試驗時，負荷可以任意選擇，所得硬度值相同。但在試件允許的條件下應盡量選用較大負荷，得到較大壓痕，以提高測量的精確度減小相對誤差，並減輕因磨製試樣時所產生的表面硬化層的影響。
4．3 維氏硬度試驗試樣的最小厚度問題
維氏硬度試驗用於檢測進行化學熱處理後的表面層，如：氰化層等。由於表層較薄，在較大負荷的作用下，壓頭有可能壓穿表面硬化層，而使試驗失敗；故選擇合適的負荷與硬化層的深度和硬度大小有關係。
資料表明，維氏硬度法的負荷作用深度（引起試件內部組織變形的深度）約等於壓痕深度的10倍，而壓痕深度約等於對角線長度的1/7。由維氏硬度值計算式①可知，壓痕對角線長度：
d=｛1.8544×（p/hv）｝1/2
=1.3618×（p/hv）1/2…………②
故壓痕深度為：
d×（1/7）=0.1945×（p/hv）1/2
故10倍壓痕深度，即要求試樣的最小厚度h：
h=10×壓痕深度=10×0.1945×（p/hv）1/2=1.945×（p/hv）1/2…………③
在以上②、③式中：
p：試驗機負荷
hv：維氏硬度值
從我公司產品的應用情況來看，試驗機負荷一般選擇5kg、10kg、30kg三種，在不同維氏硬度值下的試樣的最小厚度經計算如表1：
5、維氏硬度試驗實際應用中存在的問題分析
5.1 一般材料的維氏硬度試驗負荷
對緊韌體的許多產品來說，其送檢時均未提出維氏硬度負荷要求，這種做法有一定的缺陷，對具體試驗工作的人員來說，試驗負荷可自由選擇，雖說從原理上維氏硬度試驗不同負荷做的試驗硬度值存在可比性，但從誤差大小和工藝規範來說，應統一明確一致的試驗條件，這樣得出的結果，更能夠在廣泛折層次內得到一致的可比性。
在國家標準gb3098.1—2000《緊韌體機械效能螺栓螺釘和螺柱》中，對常用型緊韌體系列產品在硬度試驗方面提出了乙個仲裁維氏硬度試驗法，其中給出的負荷為30kg。
在現生產中，從前述中可以看出不管是低碳鋼材料如22a、還是中高碳鋼材料如65mn等，硬度範圍從低到高如192—244hv到466—487hv，維氏硬度試驗負荷一般選擇為5kg。其一，這樣使得試驗條件不規範，隨意性明顯，其二，該負荷值較低，在硬度較高的材料表面上壓出壓痕會較小，因而測量壓痕對角線的誤差相對會增大。其三，這與國家標準中給出的負荷值有差異。
從以上情況來看，為適應統一的工藝規範性和與國家標準也有一定的一致性，在產品條件許可的情況下，應選用30kg負荷，這樣做同時也提高了試驗結果的準確性。
5.2 關於表層處學化理層的維氏硬度試驗問題
從前文中述及氣門彈簧座化學表面處理層的維氏硬度試驗情況來看，化學處理層為氰化處理表層硬度要求在430—550hv，試驗負荷10kg，表面硬化層深度為0.15—0.35mm；在該例中試驗結果合乎要求，但在日常多次試驗時我們發現有時出現一些離散偏低值，這些情況的出現常給試驗結果的準確性打上了問號。
因此，有必要對這一類的試驗狀況進行分析。
從維氏硬度試驗的特點中我們可以知道，選取合適的負荷值與維氏硬度值大小以及最小表面硬化層深度存在一定的關係。當負荷選擇不當時會壓穿表面硬化層，使試驗結果不準確。
當維氏硬度試驗負荷選取為10kg時，要求的維氏硬度值為430~550hv，由前面給出的最小表層硬度厚度公式③：
h=1.945×（p/hv）1/2
a．當為430hv時
h=1.945×（10/430）1/2=0.30mm
b．當為550hv時
h=1.945×（10/550）1/2=0.26mm
故在這樣的試驗條件下，表面硬化層的最小厚度應在0.26~0.30mm這一範圍內，比該零件的技術條件中的最小厚度0.
15mm要大得多，這樣，在實際零件的維氏硬度試驗時，極有可能出現表面化層被試驗壓頭壓穿使試驗值降低的現象。
綜合以上情況，試驗負荷應降低，如選用5kg試驗負荷，這樣，就會減輕上述異常情況的出現，提高了試驗結果的準確性可信性。
5.3 關於維氏硬度值與其它型別硬度值的對比換算問題
要深入了解此問題，必須對硬度試驗的本質有乙個定性的認識。壓入硬度數值決定於該硬度附近區域性體積內金屬的行為，而在壓痕以下不同深度的金屬所承受的應力和所發生的形變程度是不同的，硬度值是它們行為的綜合表現。所以，從機械效能本質上來說，硬度反映了金屬的彈性、微量塑變抗力、塑變強化能力及大量塑變抗力。
視硬度試驗型別和載荷大小的不同，上述基本物理量在硬度數值中所起的作用也不一樣。因此，從理論上來說，硬度和其它機械效能指標之間、各類硬度值之間雖有一定的內在聯絡，但並不存在嚴格的對應關係，現有的各種對照表只是根據大量試驗作出的經驗關係，在要求準確的資料時不宜採用。
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