硬度测试样品制备重要性的研究

进行了一项实验，以探索样品制备差异会影响显微硬度测试结果的方式。研究了已经观察到或可以合理预期的各种样品制备方法和由此产生的材料表面，以确定它们对硬度测试的影响。

样品。所有测试样品均来自同一块不锈钢板，该不锈钢板是为实验选择的奥氏体类型，因为它易于加工硬化，并且代表最坏的情况。此外，奥氏体不锈钢（例如304、316和316L型）广泛用于医疗设备行业。金属的变形会导致其位错结构发生变化，从而导致通常所说的加工硬化。当样品被研磨时，金属在表面附近变形，从而产生从表面到金属核的加工硬化梯度。

从厚度为1/8英寸的304型不锈钢板中取出测试样品，例如通常在机械车间中使用的板。所有样品都以相同的方式垂直于材料的厚度平面安装。

表I概述了所研究的研磨和抛光方式。选择前三种表面处理方案是因为据信，它们与标准ASTM制备样品的方法会有足够的差异，从而产生明显的硬度差异。通过ASTM E3中描述的典型抛光方法制备样品组4。

表I.研究中使用的样品制备方法。

测试步骤。所有显微硬度测试均由同一操作人员使用同一测试设备执行。所有测试均使用相同的压头。在测试每组样品之前，检查机器的校准情况；使用适当硬度范围内的标准块。在两个负载（100 g和500 g）下进行了显微硬度测试，但恒定时间为15秒。所有

测试均参照努氏硬度标度进行。

表二。显微硬度测试调查的结果

实验结果

从测试获得的最终硬度数据列于表II。结果强调了这样的观点，即样品制备中使用的材料处理类型对于确定测试样品的真正显微硬度至关重要。

第一组的样品呈现出高度抛光的表面，没有划痕（见图1）。但是，仅使用600砂砾的砂纸去除80砂砾（177 µm）的打磨痕迹，就意味着从试件中去除了最少量的变形金属。该样品组显示出人为的高硬度值-比使用其他抛光技术获得的值高206％。低负荷水平会夸大高硬度值。尽管用于第1组样品的抛光方法产生了高质量的表面光洁度，但它在部件表面附近留下了大量的变形金属，这导致了错误且误导性的硬度测试结果。

相比之下，样品组2仅显示出略高于样品组3和4的硬度值。由于划痕较小，因此相对难以获得该组的硬度读数，并且有证据表明表面或附近存在变形的金属（参见图2）。在较轻的负载下进行测试时，样品产生的硬度值明显更高。该结果表明变形材料已被测试。值得注意的是，在使用较高载荷（500克）的测试中，样品组2的平均硬度值与样品组4（完全抛光的样品）的平均硬度值在统计学上没有区别。

经过电抛光的样品（样品组3）具有最低和最具代表性的硬度值。这不足为奇，因为电抛光不会引起样品的任何机械变形（见图3）。在低负荷下通过测试获得的硬度结果与在高负荷下进行最佳机械抛光的样品的硬度结果大致相同。显然，电抛光样品的显微压痕硬度最接近块状材料的真实显微硬度值。

使用设备行业中通常使用的所有中间打磨和抛光步骤制备的第4组完全抛光的样品在低负荷下提供了稍高的硬度值。这种样品制备方法可以在任何高硬度和低硬度测试负载下，提供任何机械抛光技术中最准确的值。

使用高负荷的显微硬度测试获得的结果将使样品制备方法差异的影响最小化。但是，由于样品性质的限制，某些零件无法在高负载下进行测试。

讨论

实验表明，低负荷硬度测试通常会产生比高负荷测试更高的值，这是因为加工硬化的表面层表面压痕更深。但是，如果采用适当的样品制备技术，则低负荷的测试结果应与高负荷的结果密切相关。

尽可能对未变形的金属进行显微硬度测试。确保被测金属不会变形的最可靠的样品制备方法是电解抛光。

如果无法在样品上进行电抛光（例如，当接触异种金属时），则必须进行仔细且有条理的打磨和抛光，以确保未测试变形的金属。这在低负载时尤其重要。由于任何机械材料去除工艺都会产生影响材料显微硬度的变形（加工硬化）梯度，并且由于变形最接近表面，因此最严重的情况是低负荷测试（其穿透力最小）将产生结果受机械变形影响很大。

低负载和高负载显微硬度测试之间的其他区别值得注意。在较低的负载下，会强调任何表面效果，减少测试的晶粒（效果就像测试的是非均质材料一样），并且会放大振动和空气流动等环境影响。压痕也较小，导致对测量的要求更加严格。如果压痕较小，则测量的微小差异会导致显微硬度值差异很大。只要有可能，就应使用尽可能高的负载测试样品。

为了确保正确制备测试样品，测试操作人员应具有准备金相样品的经验。金相样品制备被称为“妖术”，操作人员通常需要花费大量时间和经验来学习该技术。ASTM E3描述了适当的方法。因为可能需要投入大量资源来确保对组件执行准确的显微硬度测试，所以某些组织选择使用合格的外部供应商来进行测试。

结论

如此处讨论的实验结果所示，样品制备方法的差异可能会导致显微硬度测试结果出现巨大差异。观察到在100％附近的显微硬度变化。如此严重的误差可能会导致材料规格不正确或在关键医疗设备最终应用中的性能不足，并伴有财政损失和可能的责任。

最少改变测试样品的样品制备方法是优选的。在显微硬度测试之前进行电抛光的样品可产生最准确的结果。

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