努氏硬度試驗(yàn)是顯微硬度試驗(yàn)中的一種。努氏硬度試驗(yàn)方法在很小的試驗(yàn)力下對(duì)材料硬度進(jìn)行測(cè)定,輕微的試驗(yàn)力所產(chǎn)生的壓痕很小, 壓痕深度很淺。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn), 努氏硬度試驗(yàn)方法可用于測(cè)定尺寸很小的零件硬度, 例如儀表零件、齒輪、軸尖、細(xì)絲等; 可測(cè)定薄件或薄層的硬度, 如刃口、鍍層、擴(kuò)散層等。另一重要用途是測(cè)定脆性物體如玻璃、寶石、礦物等材料的硬度, 并可作為金相學(xué)、金屬學(xué)和金屬物理方面的研究。為了準(zhǔn)確反映上述材料硬度特性, 對(duì)此努氏硬度試驗(yàn)方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化十分必要。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織前幾年已建立了努氏硬度試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn), 在金屬努氏硬度試驗(yàn)方面目前有如下四個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)：
ISO4545-1993 金屬材料　努氏硬度試驗(yàn) 

ISO4546-1993 金屬材料　努氏硬度計(jì)的檢驗(yàn) 

ISO4547-1993 金屬材料　努氏硬度計(jì)用標(biāo)準(zhǔn)塊的標(biāo)定 

ISO10250-1994 金屬材料　平面努氏硬度值表 

努氏硬度試驗(yàn)原理
努氏硬度試驗(yàn)原理與顯微維氏硬度試驗(yàn)原理基本相同。即將金剛石壓頭壓入試樣表面, 保持一定時(shí)間后去除試驗(yàn)力, 測(cè)量壓痕對(duì)角線長度。兩種試驗(yàn)方法的區(qū)別是: 顯微維氏硬度試驗(yàn)使用正四棱錐體金剛石壓頭, 而努氏硬度試驗(yàn)使用菱形錐體金剛石壓頭; 顯微維氏硬度值是試驗(yàn)力除以壓痕表面積所得的商, 而努氏硬度值是試驗(yàn)力除以壓痕投影面積所得的商。 

努氏硬度試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)試驗(yàn)原理描述如下: 將頂部兩相對(duì)面具有規(guī)定角度的菱形錐體金剛石壓頭用試驗(yàn)力壓入試樣表面, 經(jīng)規(guī)定保護(hù)時(shí)間后卸除試驗(yàn)力, 測(cè)量試樣表面壓痕長對(duì)角線的長度。 

由于努氏硬度試驗(yàn)中測(cè)量壓痕長對(duì)角線長度, 因而比顯微維氏硬度壓痕測(cè)量誤差要小, 而且在相同試驗(yàn)力下, 努氏硬度壓痕比顯微維氏壓痕要淺, 更適于厚度很薄的材料硬度的測(cè)定。此外，由于努氏硬度壓頭為菱面錐體, 壓入試樣后, 經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間將試驗(yàn)力去除后彈性回復(fù)主要產(chǎn)生于短對(duì)角線方向, 長對(duì)角線方向的彈性回復(fù)很微弱, 可以忽略不計(jì), 因而可測(cè)得無彈性回復(fù)影響的顯微硬度, 故努氏硬度值是依據(jù)未經(jīng)彈性回復(fù)的壓痕投影面積計(jì)算的, 這就具有與顯微維氏硬度不同的物理意義。 

努氏硬度硬度符號(hào)
努氏硬度用符號(hào)HK 表示, 與其他硬度表示順序一樣, 在HK 之前是硬度值, 在HK 后面有表示試驗(yàn)力的數(shù)值和試驗(yàn)力保持時(shí)間的數(shù)值。當(dāng)試驗(yàn)力保持時(shí)間是常規(guī)的10 ～15s 時(shí), 此表示可以省略, 如不在此范圍, 則應(yīng)表示出來。例如:640HK0.1 表示努氏硬度值為640, 所采用的試驗(yàn)力為0.9807N(0.9807N 是由原單位制0.1kgf 換算過來的, 為了使硬度符號(hào)簡明直觀, 力值仍標(biāo)示以kgf 為單位的數(shù)值, 即0.1kgf) 。由于試驗(yàn)力保持時(shí)間是10 ～15s, 則上述符號(hào)不標(biāo)注, 如試驗(yàn)力保持時(shí)間是20s, 則表示為640HK0.1/20 。 

努氏硬度試驗(yàn)裝置
對(duì)于努氏硬度計(jì)的要求, 用單項(xiàng)指標(biāo)衡量, 包括對(duì)試驗(yàn)力, 壓頭, 壓痕測(cè)量裝置的檢查, 用綜合指標(biāo)衡量, 包括對(duì)硬度計(jì)的重復(fù)性誤差和示值誤差的檢查。當(dāng)檢驗(yàn)前三項(xiàng)基本功能時(shí), 稱為直接檢驗(yàn)法, 當(dāng)檢驗(yàn)后兩項(xiàng)綜合性能時(shí), 稱為間接檢驗(yàn)法。間接檢驗(yàn)法可以獨(dú)立對(duì)使用中的硬度計(jì)定期檢查。 

在直接校驗(yàn)中, 試驗(yàn)力, 壓頭, 壓痕測(cè)量裝置應(yīng)滿足如下要求：
1、試驗(yàn)力 
HK0.1-HK1 的試驗(yàn)力最大誤差為   1%; 對(duì)大于HK0.01 而小于HK0.2 的試驗(yàn)力為   1.5%; 對(duì)小于或等于HK0.01 的試驗(yàn)力為   2.0% 。 

對(duì)于硬度計(jì)工作范圍內(nèi)所使用的每一個(gè)試驗(yàn)力( 表2) 應(yīng)在接近試驗(yàn)過程中主軸行程極限不少于兩個(gè)位置上測(cè)量。 

2、壓頭 
努氏硬度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)引用了GBPT18449.2-2001 中對(duì)努氏硬度壓頭的規(guī)定:  

a) 壓頭應(yīng)是具有菱形基面的金剛石棱錐體, 四個(gè)面應(yīng)拋光且無表面缺陷。 

b) 壓頭相對(duì)棱間α角為172.5     0.1   , β角為130     0.1  。 

c) 金剛石錐體軸線與壓頭柄軸線間的夾角應(yīng)不超過0.5   , 相對(duì)面間任一交線長度應(yīng)小于1 μ m 。 

3、壓痕測(cè)量裝置 
努氏硬度對(duì)壓痕測(cè)量裝置的要求在GBPT18449.2-2001 中已有規(guī)定, 即:  

a) 壓痕測(cè)量裝置應(yīng)能將壓痕對(duì)角線長度估測(cè)至   0.2 μ m 以內(nèi);  

b) 測(cè)量裝置的最大允許誤差為   1.0% 或0.4 μ m, 以較大者為準(zhǔn)。 

4、硬度計(jì)綜合指標(biāo) 
根據(jù)GBPT18449.2-2001 的規(guī)定, 檢查硬度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)硬度塊分為三個(gè)范圍:  

 ≤ 225HK  

400HK ～600HK  

700HK  

檢驗(yàn)硬度計(jì)時(shí), 在每一硬度塊上壓出5 個(gè)壓痕, 將各對(duì)角線值d1d2 ? d5 按遞增順序排列, 其重復(fù)性誤差用d5-d1 確定, 當(dāng)d5-d1 小于0.05d 時(shí), 表明硬度計(jì)合格,d=d1+ ? d5/5 。 硬度計(jì)的示值誤差用H-H 確定, 式中H=H1+ ? H5/5,H1-H5 是d1 ～d5 相對(duì)應(yīng)的硬度值,H 是標(biāo)準(zhǔn)塊硬度值, 努氏硬度計(jì)示值誤差應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。 

努氏硬度試驗(yàn)方法 
試驗(yàn)方法部分規(guī)定了試驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度范圍, 選擇的試驗(yàn)力級(jí)別, 試樣的支承, 試驗(yàn)力的施加及保持時(shí)間, 以及壓痕之間的距離, 這些規(guī)定均與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4545 相同。 關(guān)于在平面上試驗(yàn)用的努氏硬度值表, 國際標(biāo)準(zhǔn)在ISO10250 中單獨(dú)給出。我國標(biāo)準(zhǔn)是在金屬努氏硬度試驗(yàn)方法中以附錄( 標(biāo)準(zhǔn)的附錄) 的形式列出的。其結(jié)構(gòu)內(nèi)容完全相同。 

1、試驗(yàn)力的施加 
與其他硬度試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一樣, 努氏硬度試驗(yàn)中施加試驗(yàn)力之前, 試樣應(yīng)穩(wěn)固地放置在剛性和經(jīng)過清潔的支承臺(tái)上, 使得在施加試驗(yàn)力過程中試樣不產(chǎn)生任何位移。為保證試驗(yàn)力正確的施加, 試樣的放置應(yīng)使試樣表面與壓頭軸線相垂直。為使試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有可比性, 施加全部試驗(yàn)力的時(shí)間應(yīng)不超過10s, 并控制壓頭下降速度在15 μ mPs ～70 μ mPs 之間。試驗(yàn)力的保持時(shí)間在10s ～15s 之內(nèi), 對(duì)于特殊材料, 可延長試驗(yàn)力保持時(shí)間, 為保證試驗(yàn)條件的一致性, 試驗(yàn)力保持時(shí)間的誤差應(yīng)在   2s 之內(nèi)。 

2、壓痕間距 
由于努氏硬度壓頭壓出的是菱形壓痕, 考慮到壓痕邊緣周圍的應(yīng)變硬化區(qū)尺寸, 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)壓痕間距的規(guī)定均以壓痕短對(duì)角線的倍數(shù)為準(zhǔn), 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定, 任一壓痕邊界距試樣邊緣的距離對(duì)于鋼、銅及銅合金至少為壓痕短對(duì)角線長度的2.5 倍; 對(duì)于輕金屬、鉛、錫及合金至少應(yīng)為壓痕對(duì)角線長度的3 倍。兩相鄰壓 痕之間的距離, 對(duì)于鋼、銅及銅合金至少應(yīng)為壓痕短對(duì)角線的3 倍; 對(duì)于輕金屬、鉛、錫及合金至少應(yīng)為壓痕短對(duì)角線長度的6 倍。 

3、平面努氏硬度值表 
在標(biāo)準(zhǔn)的附錄A 中, 列出了平面努氏硬度值表, 本表適用于壓痕長對(duì)角線在0.020 ～0.200mm 范圍的試驗(yàn)。努氏硬度值均按公式HK=1.451FPd2 計(jì)算出。在國際標(biāo)準(zhǔn)中將努氏硬度計(jì)算表單獨(dú)列為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn), 即ISO10250-1994, 考慮到本表與試驗(yàn)方法有直接關(guān)系, 故在制定本國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí), 將硬度計(jì)算表作為GBPT18449.1 的一部分, 以標(biāo)準(zhǔn)附錄形式出現(xiàn)。 

4、努氏硬度值的換算與比較 
與其他硬度之間的換算一樣, 目前尚無普遍適用的方法將努氏硬度精確地?fù)Q算成其它硬度值, 這是由于對(duì)每種硬度試驗(yàn)而言硬度值是用特定的原理和計(jì)算方法導(dǎo)出的, 因此硬度本身是一個(gè)不確定的物理量。如果必須將努氏硬度換算成其他硬度值, 則要通過對(duì)比試驗(yàn)建立可靠的換算基礎(chǔ)。 

本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定, 努氏硬度試驗(yàn)結(jié)果的比較應(yīng)在試驗(yàn)力相同的條件下進(jìn)行, 這與維氏硬度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相同。本規(guī)定主要是考慮到試樣的實(shí)際情況, 實(shí)際試驗(yàn)材料往往在表面下不同深度處或某一厚度范圍反映出不同的硬度值, 用不同試驗(yàn)力試驗(yàn)的結(jié)果往往有不同程度的差異, 為使試驗(yàn)室之間和各種來源的試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有可比性, 標(biāo)準(zhǔn)中作了此規(guī)定。  

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