塑料球压痕硬度国家计量基准

     中国计量科学研究院于1990年研制成功塑料球压痕硬度基准，1993年获国家技术监督局科技进步三等奖，1994年被批准为国家计量基准。
　塑料球压痕硬度基准由静重式直接加载的基准硬度机和5mm的基准压头组组成，硬度标尺共有H5/5.0、H5/13.5、H5/36.5及H5/98.0四种。该基准机采用高精密度光栅和计算机软件细分，其分度值为0.1μm。用微处理机进行数据处理，并能显示和打印出每点的硬度值、不均匀度、平均值等。
　该基准的不确定度为0.2Hk=3，稳定度为0.4H，填补了国内塑料硬度计量领域的空白，其主要技术指标均达到国际领先水平。为我国化工、轻工、航天、汽车等工业评定塑料硬度提供了可靠的量值基准，也为贸易结算及质量认证提供了权威性的仲裁依据。
 
一、实验目的

　　掌握塑料球压痕硬度试验方法，了解球压痕硬度计的结构\ 原理和使用方法

二、实验原理

　　塑料球压痕硬度试验是把规定直径的钢球在试验负荷作用下，垂直压入试样表面并保持一定时间后，在负荷下测量压痕深度，并求出压痕面积，以单位面积上承受的力 国际标准单位：N ／mm2 ，非标准单位：kg ／ mm2 来表示硬度大小的试验。

三、实验仪器及试样

1．实验仪器

　球压痕硬度计的结构，主要由机架、压头、加荷装置、压痕深度、指示仪表等组成，各机构的技术要求如下。

1 硬度计的机架为刚性结构，在最大负荷下，沿轴线方向的变量不大于0.05mm ，机架上带有或升降的工作台。

2 升降工作台的中心轴线与压头主轴线的同轴度不大于0 ．2mm 。

3 主轴线与升降工作台面垂直，偏差不大于0 ．2 ％。

4 硬度指示值准确度为土4 ％。

5 压头为淬火抛光的钢球，直径为5mm ，公差±0 ．5 ％以内，硬度800Hv 。

6 加荷装置包括加荷杠杆、砝码和缓冲器，通过调配砝码可对压头施加下列负荷：

初负荷为：9 ．8N1kg

各级负荷允许误差均为土1 ％。
 
缓冲器的作用是保证压头对试样平稳无冲击加荷。

7 压痕深度指示仪表为测量压头压入深度的装置，在0 一0 ．5mm 测量段内，精度为0 ．005mm 。

8 计时装置能指示试验负荷全部加入后读取压痕深度的时间，计时量程不小于60s ，准确度为±5 ％。

2．实验试样

1 试样的外观应是平整、光滑、无气泡、厚度均匀、无机械损伤及杂质等。

2 试样尺寸50mm×50mm × 4mm 或φ50mm×4mm 。测量时，测量点中心与试样边缘距离不小于10mm ，各测量点中心之间的距离不小于10mm 。

四、实验步骤

1 按GB ／T1039—92 中的规定检查和处理试样，并按GB2918 — 82 调节试验环境。

2 检测各负荷下机架的变形量。由于在负荷下，机架也产生微量变形，从而使压痕深度指示值大于实际压痕深度，这样就必须定期检查各级负荷下机架的变形量。测定时卸下压头，升起工作台位其与主轴接触，加上初负荷，调节深度指示仪表为零，再加上试验负荷，直接由压痕深度指示仪表中读取相应负荷下机架变形量h 2 mm 。

3 根据材料硬度，选择适宜的试验负荷，装上压头，并把试样放在工作台上、使测试表面与加荷方向垂直，无冲击加上韧负荷后，把深度指示仪表调到零点。

4 在2 一３s 内将所选择适宜的负荷平稳加到试样上，保持负荷30s ，立即读取压痕深度h1mm 。

5 必须保证压痕深度在0 ．15 一0 ．35mm 的范围内，若压痕深度不在规定范围内，则应改变试验负荷，使达到规定的深度范围。

6 每组试样不少于两块，测量点数不少于10 点。

五、实验结果及数据处理

1. 球压痕硬度值按下式计算。

式中　　H——球压痕硬度，N ／mm ２

F——试验负荷、N

D一一钢球直径，mm

h一—校正机架变形后的压痕深度，mm

h＝h 1—h2

hl——试验负荷下钢球的压入深度，mm

h2——仪器在试验负荷下机架变形量，mm

2. 试验结果以一组试样的算术平均值表示，取三位有效数字。

3. 标准偏差可按下式计算。

式中X——单个试样测定值

——一组试样测定结果的算术平均值

n一一测定试样个数

六、实验报告或实验记录的内容

•  被测试材料的名称、规格、来源及生产厂家。

•  试样的形状、尺寸和制备方法。

•  试验温度、湿度、状态调节时间及试验负荷。

•  试验次数及没有达到规定压痕深度范围的测量次数。

•  球压痕硬度的平均值和标准偏差。

•  试验日期、试验人员。

七、注意事项

•  试验时，必须保证所施加作用力与试样表面垂直，试样支承面必须与工作台面接触良好，试验过程中加荷应平稳，不得有任何冲击和振动。

•  安装压头或更换工作台应先预检几次，使仪器处于良好工作状态，方可进行正式硬度试验。

•  在施加韧负荷时，工作台仅允许向上移动，直至初负荷施加完毕，不允许中途退回再向上移动，如上升时已超过允许偏移量，则下降工作台，检查原因。

•  被测试材料的硬度，必须在仪器测量范围内。若未知材料的硬度范围，对负荷的选择应由小到大，逐级增加。

八、思考题

•  叙述塑料球压痕硬度试验原理。

•  何谓初负荷和试验负荷?

•  为什么对试样加上初负荷和试验负荷后读取硬度值都有时间要求?

对未知硬度范围的材料，选择试验负荷时为什么应从小到大逐级项试选择?