一般小于10μm之薄膜硬度測定值受到下列因素影響:一是受過渡層的影響較大。為加強膜基界面結合強度,提高表面硬度測定值,并在磨損過程中給予薄 膜強有力的支承,在工藝上采用過渡層,例如活塞環(huán)陶瓷薄膜常用氮化、鍍鉻;TiN金屬陶瓷環(huán)常用氮化、純Ti層、Ni-W等作過渡層。由于顯微硬度測定值 是薄膜、界面、基體硬度的綜合反映,所以有無過渡層、過渡層本身的硬度、彈性模量作為界面和基體一樣直接影響到表面硬度的測定,十分明顯,比基體硬度高的 過渡層,將提高表面硬度的測定值;二是薄膜本身硬度、彈性模量、厚度及表面粗糙度影響;三是界面層的強度、彈性模量及膜基界面結合強度;四是試驗手段,如 載荷、壓頭形狀等。
上述中對PVD薄膜顯微硬度影響工藝因素,首先是適當?shù)呢撈珘汉驼婵斩葘δ咏M織結構和性能有重要影響。例如Ti2N比TiN有更高的硬度和耐磨 性,形成適量Ti2N需要適當?shù)呢撈珘汉驼婵斩?。其次在動態(tài)參數(shù)控制下沉積的膜層形態(tài)表現(xiàn)為層狀分布特征,膜層具有較高的致密性、顯微硬度及良好的耐磨 性。
對復合分散鍍表面硬度影響工藝因素與基質(zhì)、分散粒子及其加入量、熱處理有關。例如硬度值高的SiC(2500HV)就容易得到較高的表面硬度 值;N-P復合鍍經(jīng)400℃熱處理就得到較高的鍍層硬度。 應指出對小于10μm的薄膜表面處理層,不能單用顯微硬度來表示耐磨性能,因為薄膜的組成、結 構、性能不同,特別對其中具有自潤滑性能的,它不一定具有高的顯微硬度,但有良好的耐磨減磨性能。對表面硬度而言,它仍有一個適合的范圍,這一適合的范圍 正是我們要探求的。
測定環(huán)硬度操作應注意事項(恒儀硬度計&金相制樣設備 http://www.gm4000.cn)
1 試樣(特別是毛坯)應加工到成品高度及應有的表面粗糙度。
對鑄鐵環(huán)一般小環(huán)(環(huán)直徑小于70)的毛坯環(huán)高常為3mm,而成品高為≤1.5mm,部分工廠常對試樣高度磨至大于1.5mm,有時達2mm多,這 樣使測出的硬度值往往高出0.5~1個單位。環(huán)樣表面不能有粗車刀紋,其表面粗糙度應為Ra0.8μm,否則,測試結果會不準確。
一般對鋼質(zhì)環(huán)維氏硬度試樣表面粗糙度要求Ra0.4μm以下;滄州歐譜鋼質(zhì)環(huán)成品的表面粗糙度要求在Ra0.2μm以下。
2 被測活塞環(huán)試樣的基準面(環(huán)樣的下側(cè)面)在工作臺上要穩(wěn)實放置并保證試驗中試樣不產(chǎn)生位移,為此環(huán)樣不能撓曲或部分架空,基準面不能有毛刺,此面與工作臺面應清潔且無其它污物(氧化皮、油脂、灰塵等)。
3 使壓頭與試樣表面接觸,垂直于試驗面施加試驗力,加力過程中不應有沖擊和振動,直至將試驗力施加至規(guī)定值。洛氏硬度壓力類型、所加載荷及經(jīng)常測量活塞環(huán)的范圍參見表1。
說明:由于鑄鐵活塞環(huán)廣泛使用HRB測定,其實際測定范圍已超出其常規(guī)測量的25~100范圍?!y定維氏硬度時必須在要求的試驗力范圍內(nèi)施加規(guī)定 的試驗力,其試驗力從5~100kgf(約50~1000N)范圍內(nèi)變化,應根據(jù)要求進行選擇。對氮化鋼質(zhì)活塞環(huán),由于滲氮層很薄,通常用維氏硬度計 (HV)進行測量時,選擇試驗力應根據(jù)滲氮層深度進行選擇。
經(jīng)過表面處理的鋼質(zhì)活塞環(huán),毛坯一般選用維氏硬度5kgf(49.03N)試驗力;成品鋼質(zhì)環(huán)選用小負荷維氏硬度0.2kgf(1.961N)試驗力。測量薄膜一般加載用HV0.1、HV1.0、HV0.050三種之一.
測試維氏硬度時,從加試驗力開始至全部試驗力施加完畢時間應在2~10s之間。對于小負荷維氏硬度試驗和顯微維氏硬度試驗,壓實下降速度應不大于0.2mm/s,試驗力保持為10~15s。對于特殊材料,試驗力保持時間可以延長,但誤差在±2s之內(nèi)。
4 整體鑄鐵油環(huán)不宜測定硬度值,因為油槽油孔的結構,導致不能準確測出硬度值。對于環(huán)高低于1.5mm的鑄鐵環(huán),測量硬度的工作臺面中心不能有凹坑,如有凹 坑則測量時應添加一定剛度的墊片,將環(huán)樣放置在墊片上測試(墊片應有較好的平行度,其表面粗糙度在Ra0.8μm以下),否則測定的硬度值會偏低,可能低 1~2個HRB單位,甚至環(huán)被壓斷。
5 布氏硬度超過350HB時,鋼球的硬質(zhì)合金球測得的結果,可能有明顯不同,因此測定位于350~450HB的布氏硬度應注明所用壓頭;
6 在整個試驗期間,硬度計應避免受到?jīng)_擊和振動。硬度計在受震狀態(tài),指針震動時不能測量硬度值;
7 拆洗硬度計或在維護硬度計加油后,應讓硬度計運轉(zhuǎn)多次后并經(jīng)二級標準硬度試塊測定,測得標塊硬度值在±1個硬度單位范圍內(nèi)才可正式測量。一般每天上班測的第一點硬度值不能正式計數(shù);更換壓頭(例如換鋼珠)測試的前三點不能正式計數(shù),往后測得的測定值才正式計數(shù)。
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