機(jī)械加工對金屬板材維氏硬度的影響

孫曉峰，張浩，鄭曉斐

（西部金屬材料股份有限公司， 陜西西安 710016）

1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)研究對象采取5mmTA2板材和4mmNb板，選取板材縱向橫截面作為硬度測試表面，樣品采用刨床對試樣表面進(jìn)行初加工，然后采用700號細(xì)砂紙?zhí)幚?0s然后進(jìn)行硬度測試，本次試驗(yàn)過程主要討論加工過程中夾緊力和刨床刀具鋒利程度對硬度結(jié)果的影響。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備采用AVK型維氏硬度計(jì)，壓頭為正四棱錐體兩相對面夾角為136度的金剛石壓頭，測量裝置為帶螺旋測數(shù)的讀數(shù)顯微鏡［1］，加載載荷5 kg，保持30s時(shí)間。硬度壓痕的測量精度為0.001mm。

2.2 試驗(yàn)過程

板材試樣在進(jìn)行硬度測試時(shí)，一般先用鋸床獲得一小塊金屬試樣，然后采用刨床對樣品需要測試的兩個(gè)端面進(jìn)行加工，使樣品兩個(gè)表面平行，然后采用細(xì)砂紙對硬度測試表面進(jìn)行處理再進(jìn)行硬度測試。

此前大量的試驗(yàn)研究都是集中在不同加工方式［2-3］，或表面處理方式對樣品表面硬度結(jié)果的影響［4-5］，但是關(guān)于機(jī)械加工細(xì)節(jié)對于一些強(qiáng)度較低的試樣的表面維氏硬度的影響的研究尚未發(fā)現(xiàn)，因此本文主要研究夾緊力和刀具鋒利程度對純鈦板和鈮板硬度結(jié)果的影響。

在測試過程中刨床夾緊力和刀具的鋒利程度有可能對硬度結(jié)果產(chǎn)生影響，試驗(yàn)過程中采用刨床加工樣品時(shí)采用不同夾緊力，方式1用力夾緊樣品使樣品牢牢固定在刨床卡槽內(nèi)，方式2輕輕夾住樣品保證樣品不晃動(dòng)即可，然后在刨床采用剛打磨的刀具進(jìn)行表面加工，接著采用700號細(xì)砂紙?zhí)幚?0s然后進(jìn)行硬度測試，刨床刀具鋒利程度對硬度結(jié)果的影響測試，輕輕夾住樣品保證樣品不晃動(dòng)即可，然后采用方式3磨損量較大的刀具加工試樣表面，測試過程每個(gè)樣品測試5個(gè)點(diǎn)然后取平均值。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

將上述兩種不同影響因素硬度測試獲得的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，獲得的試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

表1 采用不同加工方式獲得樣品的表面維氏硬度結(jié)果Tab.1 The results of vickers hardness were obtained by different processing methods

接著對6mm，8mm，10mm，12mm厚度的TA2板材按照上述方式進(jìn)行對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)6mm和8mm厚夾緊力過大時(shí)試樣硬度結(jié)果偏大，而10mm和12mm厚度的TA2板材加工時(shí)夾緊力大小對試樣的結(jié)果基本不產(chǎn)生影響，需要注意進(jìn)行硬度測試時(shí)盡量保證壓痕位于試樣中心位置，邊部硬度值略高。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）由表1方式1和方式2測試結(jié)果對比可以發(fā)現(xiàn)，對于純鈦板和鈮板等強(qiáng)度較低的薄板材料，采用刨床進(jìn)行表面加工廠處理時(shí)需要把試樣固定在刨床卡槽內(nèi)，在固定的過程中夾緊力過大時(shí)容易造成樣品橫截面方向擠壓變形硬化，導(dǎo)致板材試樣硬度值增大，從而影響硬度測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，夾緊力對板材試樣硬度結(jié)果的影響會隨著板材試樣的厚度增大逐漸消除，對于TA2板材厚度大于10mm時(shí)夾緊力對硬度測試結(jié)果無影響。

（2）由表1方式2和方式3測試結(jié)果對比可以發(fā)現(xiàn)，在采用刨床加工過程中使用的刀具越鋒利，加工過程刀具對板材試樣表面擠壓作用越小，產(chǎn)生的機(jī)械-熱作用也越小，對硬度測試結(jié)果的影響也越小，因此加工過程中應(yīng)當(dāng)保持刀具的鋒利。

4 結(jié)論

（1）金屬材料在進(jìn)行硬度測試時(shí)機(jī)械加工對試樣的測試結(jié)果影響很大，在測試過程中應(yīng)考慮不同加工方式，表面處理方式對結(jié)果的影響，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)考慮不同加工方式中細(xì)節(jié)因素對硬度測試結(jié)果的影響，如刨床加工過程中夾緊力對強(qiáng)度較低的薄板硬度影響，刀具鋒利程度對結(jié)果的影響，車床加工過程中轉(zhuǎn)速對測試結(jié)果的影響等各種因素。

（2）為了獲得金屬材料相對準(zhǔn)確的維氏硬度值，試驗(yàn)室很有必要針對不同種類不同狀態(tài)的材料，進(jìn)行機(jī)械加工及最終表面處理影響因素分析，分別制定不同的加工方法和后期處理?xiàng)l件，在保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確的情況下同時(shí)要保證機(jī)械加工及表面處理的效率和成本。