一种金属薄片试样硬度测试方法与流程

本发明涉及一种测试金属薄片试样硬度的方法，其包括薄片试样安装压平模具及硬度测试方法。

背景技术：

金属材料的硬度是一种重要的力学性能指标，是研究、了解金属材料性能及组织特点的基本依据。对金属薄片试样硬度测试结果要求达到足够的准确度。金属薄片试样硬度测试的基本方式有：采用表面硬度计(包括台式维氏硬度计、台式表面洛氏硬度计、便携式维氏硬度计、便携式表面洛氏硬度计、纳米压痕硬度计、便携式超声波硬度计等)，测试薄片试样的测试表面上的硬度测试点(通常需要多个硬度测试点)的微区硬度或显微硬度。不论哪种金属薄片及其测试哪种尺度区域的硬度，均需要在安置薄片试样于硬度计的载物台上或测试台上时，保证薄片试样的测试表面的平整度达到规定值，粗糙度小于规定值，上表面平行于载物台上平面、下表面与载物台上平面密实贴合，以保证表面硬度计的测硬度压头(简称压头，后文同)加压力于硬度测试区域上的硬度测试点上后，由硬度相关参量的测试及取值装置获得准确的取值，然后方可由表面硬度计的电脑计算出该硬度测试点的准确硬度值。

金属薄片试样在加工过程中及直接测试多点硬度过程中，经常出现表面不平整或翘曲或弯曲的情况，这会导致其硬度测试值出现较大误差，显著影响测试结果的准确度；不平整或翘曲的薄片试样还容易与硬度计的压头发生碰撞而损坏压头或影响硬度计工作精密度，这是不允许的。在金属薄片试样(简称薄片试样，后文同)的硬度测试工作中，通常需要预先将薄片试样钣平后安置在台式表面硬度计的载物台或便携式表面硬度计的测试台上面进行硬度测试(将载物台及测试台统称为载物台，后文同)，但是经常出现试样的钣平安置效果不良，因而显著影响硬度测试压头压入薄片试样表层的压力压痕尺寸等硬度相关参量的测试及取值装置获得准确的取值，和该表面硬度计的电脑据此计算得出的硬度值，从而显著影响硬度测试准确度的情况。现有的薄片试样钣平方式有：(1)用机械方式或人手预先钣平。其缺点是：钣平的效果不够好，不能保证测试要求的平整度及多点测试过程中不发生明显翘曲。(2)将薄片试样采用粘结剂快干胶或双面胶带或玻璃胶或石蜡等，粘贴于作为薄片试样模具的刚性平板或块体的平整表面上钣平并固定，制成带模具试样组件。进行硬度测试时，首先对薄片试样平整的带模具试样组件，使其待测试硬度的上表面(即测试表面)朝上、下端面安置于硬度计的载物台上面，然后进行硬度测试。一般情况下，1个带模具试样组件上只能安装固定1片薄片试样。这类方式的缺点是：由于受粘结剂层厚度不很均匀的影响，薄片试样难以充分钣平达到要求平整度；特别是，在测试硬度过程中，作为粘结剂层的软性双面胶层受到上方薄片试样在硬度计的压头作用下发生局部下凹变形，使得该点硬度值测算结果偏小而不准确；薄片试样的下表面贴合粘结的硬性粘结剂层影响薄片试样的下表层的应变，使得薄片试样的表层应变抗力有所增加，使得薄片试样的测试表面的硬度测试点在受到硬度计的压头施加的压力作用后的硬度测试结果有所偏高而不准确；在将测试硬度后的薄片试样于前述的钣平模具分离时，需要施加外力，容易造成薄片试样显著变形并影响其内部组织，从而影响试样的进一步利用(观测金相组织或测试织构等)；并且，对于快干胶层粘结剂需要采用丙酮溶液经过数十小时的浸泡下能够使其溶解而与薄片试样分离。总之，现有的金属薄片试样的硬度测试方法而决定的硬度测试结果的准确性达不到科研或工业生产所需。因此，需要研究一种可使金属薄片试样能被达到要求地钣平并可进行达到准确度要求地测试硬度的新方法。

技术实现要素：

本发明目的：

提供一种新的方法解决现有的使用表面硬度计及薄片试样辅助钣平模具进行金属薄片试样硬度测试时，因现有方法中的薄片试样难以钣平达到要求平整度及钣平方法不良使硬度测试结果产生明显误差，而导致结果不准确问题；提供一种新的金属薄片试样硬度测试辅助模具及操作步骤。

本发明的技术解决方案：

一种金属薄片试样硬度测试方法，其基本方式是使薄片试样固定在薄片试样模具上组成带模具试样组件后，将其以薄片试样测试表面朝上、水平地安置在适合于测试金属薄片试样硬度的表面硬度计的载物台上，然后，按常规程序在薄片试样的上表面的硬度测试区域进行各硬度测试点的硬度相关参量测试及取值，再分别由表面硬度计的电脑计算出各硬度测试点的硬度值，其特殊之处是：其步骤是：(1)制备所述的薄片试样模具：所述的薄片试样模具的组成结构是：其由上压板，下压板，压紧螺栓组成，压紧螺栓的上端与上压板的下平面中部相垂直联结固定后穿过下压板中部的通孔及螺帽，将螺帽套于螺杆下端上并将其向右旋转，可将下压板向上推压使其上平面与上压板的下平面相贴合，也可再向左旋转螺帽而使上压板、下压板之间松动分离，上压板上带有数个垂直于其下平面的通孔，其下端口尺寸小于薄片试样上表面尺寸、大于表面硬度计的压头的下段的相应高度处横截面尺寸(所述的相应高度处横截面是指表面硬度计的压头通过所述的通孔对同类试样在所述的硬度测试区域中部进行硬度测试过程中，当压头的位置最低时其与上压板的上表面等高处的横截面)；上压板的厚度小于表面硬度计的压头长度并取较小值；(2)组装所述的带模具试样组件并将其安置于所述的表面硬度计的所述的载物台上面：所述的薄片试样活动安装在薄片试样模具的上压板与下压板之间而构成带模具试样组件，其薄片试样的片数为不多于所述的上压板上的所述的通孔的个数的1-8片，使每片所述的薄片试样的上平面中部分别位于至少一个所述的上面板上的通孔的下方，各薄片试样之间不上下重叠，使薄片试样被压平至表面平整度达到硬度测试要求；所述的带模具试样组件的下端面可平稳地、水平安置在所述的表面硬度计的载物台上面；(3)测试薄片试样的硬度：所述的硬度测试区域是所述的上压板的所述的通孔所包围的区域；所述的表面硬度计的压头及压痕测量装置，通过所述的上压板的所述的通孔对其下方所述的硬度测试区域上的各硬度测试点进行所述的硬度相关参量的测试及取值；(4)卸下所述的薄片试样：左旋转动所述的螺帽，松动分离所述的上压板、薄片试样、下压板后卸下所述的薄片试样。

根据上述技术解决方案所述的一种金属薄片试样硬度测试方法，其特殊之处是：所述的表面硬度计是适合于金属薄片试样硬度测试的台式维氏硬度计或台式表面洛氏硬度计或便携式维氏硬度计或便携式表面洛氏硬度计或纳米压痕硬度计或便携式超声波硬度计。

根据上述技术解决方案所述的一种金属薄片试样硬度测试方法，其特殊之处是：所述的薄片试样模具的所述的压紧螺栓的所述的螺帽由下端面为平面的法兰板及位于其上面中部并垂直于其下端面、自上端面向下带1个带螺纹盲孔的立柱构成，其水平投影尺寸大于所述的下压板的下端面尺寸。

根据上述技术解决方案所述的一种金属薄片试样硬度测试方法，其特殊之处是：所述的薄片试样模具的所述的下压板的下面上边沿带包围所述的螺杆下端及螺帽的等高环形凸缘(即下压板的下面环形凸缘以内为凹坑)，其内侧空间的水平投影尺寸大于所述的螺帽及旋转其需用的工具的水平截面尺寸，所述的螺杆的长度小于所述的上压板加所述的薄片试样加所述的下压板厚度，大于所述的螺杆的长度小于所述的上压板加所述的薄片试样加所述的下压板中部凹坑加所述的螺帽高度。

根据上述技术解决方案所述的一种金属薄片试样硬度测试方法，其特殊之处是：所述的上压板上的所述的通孔，其横截面长度方向朝向所述的螺栓的螺杆方向的矩形横截面通孔。

附图说明

图1是本发明的实施例一的示意图主视图剖视图。

图2是本发明的实施例一的示意图俯视图。

其中：1-上压板；2-下压板；3-螺杆；4-螺帽；5-薄片试样。

图3是本发明的实施例三的示意图主视图剖视图。

图4是本发明的实施例三的示意图俯视图。

其中：1-上压板；2-下压板；3-螺杆；4-螺帽；5--薄片试样。

本发明的有益之处：

根据本发明一种金属薄片试样硬度测试方法的上述技术解决方案，所述的带压紧螺栓的薄片试样组件可保证1-8片所述的薄片试样的被所述的上、下压板在所述的压紧螺栓的紧固力作用下被压平整并可测试硬度，从而保证其硬度测试的准确性及测试薄片试样硬度的效率；所述的上压板上所带的1-8个垂直于其下表面的通孔，为所述的表面硬度计的压头对所述的薄片试样的上表面进行测试硬度的动作提供了必需的活动空间及加压力作用表面区域，并可满足每片薄片试样所需要的所述的硬度测试点的数量，矩形横截面通孔的横截面长度方向朝向所述的螺栓的螺杆方向有利于保证上压板所需的强度及刚度；所述的上压板的厚度设定方式可使其在安装压平所述的薄片试样时，在保证其强度及刚度需要的同时，还有利于防止其在对试样薄片硬度测试过程中，与所述的表面硬度计的压头及其安装固定装置发生接触。由此保证使用前述的表面硬度计对所述的薄片试样硬度测试结果的准确性。所述的带模具试样组件中的所述的薄片试样安装、卸下快捷。

具体实施方式

根据本发明一种金属薄片试样硬度测试方法的前述技术解决方案，其基本方式是使薄片试样固定在薄片试样模具上组成带模具试样组件后，将其以薄片试样测试表面朝上、水平地安置在适合于测试金属薄片试样硬度的表面硬度计的载物台上，然后，按常规程序在薄片试样的上表面的硬度测试区域进行各硬度测试点的硬度相关参量测试及取值，再分别由该表面硬度计的电脑计算出各硬度测试点的硬度值，其特殊之处是：其步骤是：(1)制备所述的薄片试样模具：所述的薄片试样模具的组成结构是：其由上压板，下压板，压紧螺栓组成，压紧螺栓的上端与上压板的下平面中部相垂直联结固定后穿过下压板中部的通孔及螺帽，将螺帽套于螺杆下端上并将其向右旋转，可将下压板向上推压使其上平面与上压板的下平面相贴合，也可再向左旋转螺帽而使上压板、下压板之间松动分离，上压板上带有1-8个垂直于其下平面的通孔，其下端口尺寸小于薄片试样上表面尺寸、端口尺寸大于硬度计的压头的下段的相应高度处横截面尺寸(所述的相应高度处横截面是指表面硬度计的压头通过所述的通孔对同类试样在所述的硬度测试区域中部进行硬度测试过程中，当压头的位置最低时其与上压板的上表面等高处的横截面)，其是横截面长度方向朝向所述的螺栓的螺杆方向的矩形横截面通孔；上压板的厚度小于表面硬度计的压头长度并取较小值；(2)组装所述的带模具试样组件并将其安置于所述的表面硬度计的所述的载物台上面：所述的薄片试样活动安装在薄片试样模具的上压板与下压板之间而构成带模具试样组件，其薄片试样的片数为不多于所述的上压板上的所述的通孔的个数的1-8片，使每片所述的薄片试样的上平面中部分别位于至少一个所述的上面板上的通孔的下方，各薄片试样之间不上下重叠，使薄片试样被压平至表面平整度达到硬度测试要求；所述的带模具试样组件的下端面可平稳地、水平安置在所述的表面硬度计的载物台上面；(3)测试薄片试样的硬度：所述的硬度测试区域是所述的上压板的所述的通孔所包围的区域；所述的表面硬度计的压头及压痕测量装置，通过所述的上压板的所述的通孔对其下方所述的硬度测试区域上的各硬度测试点进行所述的硬度相关参量的测试及取值；(4)卸下所述的薄片试样：左旋转动所述的螺帽，松动分离所述的上压板、薄片试样、下压板后卸下所述的薄片试样。所述的表面硬度计是适合于金属薄片试样硬度测试的台式维氏硬度计或台式表面洛氏硬度计或便携式维氏硬度计或便携式表面洛氏硬度计或纳米压痕硬度计或便携式超声波硬度计。所述的薄片试样模具的所述的压紧螺栓的所述的螺帽由下端面为平面的法兰板及位于其上面中部并垂直于其下端面、自上端面向下带1个带螺纹盲孔的立柱构成，其水平投影尺寸大于所述的下压板的下端面尺寸；或者，所述的薄片试样模具的所述的下压板的下面上边沿带包围所述的螺杆下端及螺帽的等高环形凸缘(即下压板的下面环形凸缘以内为凹坑)，其内侧空间的水平投影尺寸大于所述的螺帽及旋转其需用的工具的水平截面尺寸，所述的螺杆的长度小于所述的上压板加所述的薄片试样加所述的下压板厚度，大于所述的螺杆的长度小于所述的上压板加所述的薄片试样加所述的下压板中部凹坑加所述的螺帽高度。所述的上压板上的所述的通孔，其是横截面长度方向朝向上压板外端的方向的矩形横截面通孔。薄片试样模具的各零件及薄片试样的所有棱边处均倒角或修光毛刺。

本发明的应用方法：

可按照前述本发明的技术解决方案及其具体实施方式并参照实施例，根据薄片试样的材料及尺寸特点、硬度测试要求、数量，选用的适合于金属薄片试样硬度测试的表面硬度计的种类；结合所选用的表面硬度计的硬度测试操作特点，先依据表面硬度计的载物台尺寸确定薄片试样模具的具体组成结构、尺寸并制备薄片试样模具，各零件的所有棱边处均倒角或修光毛刺；将待测试硬度的金属薄片试样的棱边修光毛刺后，将1-8片薄片试样同时安装于薄片试样模具的上组成带模具薄片试样组件，并将其利用下端面结构安置于表面硬度计的载物台上面；然后，在载物台上面根据需要平动试移动带模具薄片试样组件，操纵表面硬度计的压头分别通过在带模具薄片试样组件的上压板上的其下方有薄片试样的通孔，对在其下方的薄片试样的硬度测试区域中部，依次选择硬度测试点进行硬度测试；在各硬度测试点进行硬度测试时，要注意表面硬度计的压头模具上压板及薄片试样之间的位移幅度及距离的合理、安全操控。薄片试样模具可适用于各种表面硬度计；带模具薄片试样组件需根据薄片试样的厚度尺寸及材料大致硬度范围与具体的表面硬度计种类、型号及压头载荷相匹配。

实施例一：根据本发明一种金属薄片试样硬度测试方法的上述技术解决方案及实施方式，其基本方式是使薄片试样固定在薄片试样模具上组成带模具试样组件后，将其以薄片试样测试表面朝上、水平地安置在适合于测试金属薄片试样硬度的台式维氏硬度计的载物台上，然后，按常规程序在薄片试样的上表面的硬度测试区域进行各硬度测试点的硬度相关参量测试及取值，再分别由台式维氏硬度计的电脑计算出各硬度测试点的硬度值，此过程中，需要先使台式维氏硬度计的压头向下对薄片试样表面加压保持、向上卸压并向上运动至略高于所述的上面板的上面，接着横向移动离开该硬度测试点区域，接着横向移动显微尺寸测量仪至该硬度测试区域上的压痕上方测量压痕尺寸，最后由电脑计算得出该硬度测试点的硬度值，再将台式维氏硬度计的压头水平运动到下一个硬度测试点上方后下降、加压进行硬度测试。其步骤是：(1)制备所述的薄片试样模具：所述的薄片试样模具的组成结构如图1、图2所示，其由上压板1，下压板2，压紧螺栓3、4组成，压紧螺栓3的上端与上压板1的下平面中部相垂直联结固定后穿过下压板2中部的通孔及螺帽4，将螺帽4套于螺杆下端上并将其向右旋转，可将下压板2向上推压使其上平面与上压板1的下平面相贴合，也可再向左旋转螺帽而使上压板1、下压板2之间松动分离，上压板1上带有8个垂直于其下平面的横截面长度方向朝向所述的螺栓的螺杆方向的矩形横截面通孔，其下端口尺寸小于薄片试样5上表面尺寸、尺寸大于台式维氏硬度计的压头的下段的相应高度处横截面尺寸(所述的相应高度处横截面是指台式维氏硬度计的压头通过所述的矩形横截面通孔对同类薄片试样1在所述的硬度测试区域中部进行硬度测试过程中，当压头的位置最低时其与上压板的上表面等高处的横截面)；所述的薄片试样模具1、2、3、4的所述的压紧螺栓3的所述的螺帽4由下端面为平面的法兰板及位于其上面中部并垂直于其下端面、自上端面向下带1个带螺纹盲孔的立柱构成，其水平投影尺寸大于所述的下压板的下端面尺寸；上压板1的厚度小于台式维氏硬度计的压头长度；薄片试样模具的各零件1、2、3、4的所有棱边处均倒角或修光毛刺。(2)组装所述的带模具试样组件并将其安置于所述的表面硬度计的所述的载物台上面：所述的薄片试样活动安装在薄片试样模具的上压板1与下压板2之间而构成带模具试样组件1、2、3、4、5，其薄片试样5的片数为不多于所述的上压板1上的所述的通孔的个数的8片，使每片所述的薄片试样5的上平面中部分别位于至少一个所述的上面板1上的通孔的下方，各薄片试样5之间不上下重叠，使薄片试样5被压平至表面平整度达到硬度测试要求；所述的带模具试样组件的下端面可平稳地、水平安置在所述的台式维氏硬度计的载物台上面；各薄片试样5的棱边处均修光毛刺。(3)测试薄片试样的硬度：所述的硬度测试区域是所述的上压板的所述的矩形横截面通孔所包围的区域；所述的台式维氏硬度计的压头及压痕测量装置，通过所述的上压板上面的所述的矩形横截面通孔对其下方所述的硬度测试区域上的各硬度测试点进行所述的硬度相关参量的测试及取值；(4)卸下所述的薄片试样：左旋转动所述的螺帽，松动分离所述的上压板1、薄片5、下压板2后卸下所述的薄片试样5。

对所述的硬度测试点的表面硬度测试过程中，在所述的压头加压保持后，刚卸除加压力而将横向移动的瞬时，和移动该台式维氏硬度计的压痕尺寸(上端口的水平投影尺寸)参量测试及取值装置至所述的带模具试样组件的上方之前，操作者手动或由台式维氏硬度计的运动控制系统控制，快速降低所述的载物台，使所述的带模具薄片试样组件的上表面低于所述的压头及所述的参量测试及取值装置；或者，修改所述的台式维氏硬度计的控制系统的控制软件中的相关参数赋值，将所述的压头加压保持后的升高幅度，和所述的压痕尺寸(硬度相关参量)测试及取值装置在压痕上方的自动降低、升高的幅度，在常规基础上增加等于上压板厚度的数量。

实施例二：根据本发明一种金属薄片试样硬度测试方法的上述技术解决方案及实施方式，与实施例一基本相同，所不同的是：所述的表面硬度计为便携式维氏硬度计，所述的上压板上的所述的通孔为4个(即相当于在图1、图2中的上压板1上的通孔中去掉其端口的长度方向平行于上压板的上面对角线方向的4个通孔)，薄片试样5的片数为1-4，各薄片试样位于所述的4个通孔中的某一个的下方；没有实施例一中的第二段文字内容；其余与实施例一相同。示意图略。

实施例三：根据本发明一种金属薄片试样硬度测试方法的上述技术解决方案及实施方式，其基本方式是使薄片试样固定在薄片试样模具上组成带模具试样组件后，将其以薄片试样测试表面朝上、水平地安置在适合于测试金属薄片试样硬度的台式表面洛氏硬度计的载物台上，然后，按常规程序对各薄片试样，在其上表面的硬度测试区域进行各硬度测试点的硬度相关参量测试及取值，再分别由台式表面洛氏硬度计的电脑计算出各硬度测试点的硬度值。其步骤是：(1)制备所述的薄片试样模具：所述的薄片试样模具的组成结构如图1、图2所示，其由上压板1，下压板2，压紧螺栓3、4组成，压紧螺栓3的上端与上压板1的下平面中部相垂直联结固定后穿过下压板2中部的通孔及螺帽4，将螺帽4套于螺杆下端上并将其向右旋转，可将下压板2向上推压使其上平面与上压板1的下平面相贴合，也可再向左旋转螺帽而使上压板1、下压板2之间松动分离，上压板1上带有8个垂直于其下平面的横截面长度方向朝向所述的螺栓的螺杆方向的矩形横截面通孔，其下端口尺寸小于薄片试样5上表面尺寸、尺寸大于台式表面洛氏硬度计的压头的下段的相应高度处横截面尺寸(所述的相应高度处横截面是指台式表面洛氏硬度计的压头通过所述的矩形横截面通孔对同类薄片试样1在所述的硬度测试区域中部进行硬度测试过程中，当压头的位置最低时其与上压板的上表面等高处的横截面)；上压板1的厚度小于台式表面洛氏硬度计的压头长度；所述的薄片试样模具的所述的下压板的下面上边沿带包围所述的螺杆下端及螺帽的等高环形凸缘(即下压板的下面环形凸缘以内为凹坑)，其内侧空间的水平投影尺寸大于所述的螺帽及旋转其需用的工具的水平截面尺寸，所述的螺杆的长度小于所述的上压板加所述的薄片试样加所述的下压板厚度，大于所述的螺杆的长度小于所述的上压板加所述的薄片试样加所述的下压板中部凹坑加所述的螺帽高度；薄片试样模具的各零件1、2、3、4的所有棱边处均倒角或修光毛刺。(2)组装所述的带模具试样组件并将其安置于所述的表面硬度计的所述的载物台上面：所述的薄片试样活动安装在薄片试样模具的上压板1与下压板2之间而构成带模具试样组件1、2、3、4、5，其薄片试样5的片数为不多于所述的上压板1上的所述的通孔的个数的8片，使每片所述的薄片试样5的上平面中部分别位于至少一个所述的上面板1上的通孔的下方，各薄片试样5之间不上下重叠，使薄片试样5被压平至表面平整度达到硬度测试要求；所述的带模具试样组件的下端面可平稳地、水平安置在所述的台式表面洛氏硬度计的载物台上面；各薄片试样5的棱边处均修光毛刺。(3)测试薄片试样的硬度：所述的硬度测试区域是所述的上压板的所述的矩形横截面通孔所包围的区域；所述的台式表面洛氏硬度计的压头及压痕测量装置，通过所述的上压板上面的所述的矩形横截面通孔对其下方所述的硬度测试区域上的各硬度测试点进行所述的硬度相关参量的测试及取值；(4)卸下所述的薄片试样：左旋转动所述的螺帽，松动分离所述的上压板1、薄片5、下压板2后卸下所述的薄片试样5。

实施例四：根据本发明一种金属薄片试样硬度测试方法的上述技术解决方案及实施方式，与实施例三基本相同，所不同的是：所述的表面硬度计为便携式表面洛氏硬度计，所述的上压板上的所述的通孔为2个，分别位于所述的螺杆的两侧(即相当于在图1、图2中的上压板1上的通孔中只保留2个通孔)，薄片试样的片数为2片，其分别位于所述的2个通孔的下方；其余与实施例三相同。示意图略。

实施例五：根据本发明一种金属薄片试样硬度测试方法的上述技术解决方案及实施方式，与实施例四基本相同，所不同的是：所述的表面硬度计为便携式表面超声波硬度计；其余与实施例三相同。示意图略。

实施例六：根据本发明一种金属薄片试样硬度测试方法的上述技术解决方案及实施方式，与实施例三基本相同，所不同的是：所述的表面硬度计为纳米压痕硬度计；其余与实施例三相同。示意图略。