4.2.4硬质合金球压头

4.2.4硬质合金球压头

广播电视影视标准4.2.4.1硬质合金球应具有下列特性：

GB/T21838.22008

图5玻氏和直角立方体压头的角度

硬度：按GB/T7997测定时，硬度不应低于1500HV10； 密度：p=14.8g/cm±0.2g/cm。 推荐的化学成分如下： 钻（Co） 5.0%~7.0% 除碳化钨以外的所有碳化物 2. 0% 碳化钨(WC) 余量

硬度：按GB/T7997测定时 密度：p=14.8g/cm±0.2g 推荐的化学成分如下； 钻(Co) 除碳化钨以外的所有碳化物 碳化钨（WC)

4.2.4.2硬质合金球应有已检验合格的儿何尺寸，采用分批检验法即可。检验证书应给出不同位置的 至少三个测量点直径的平均值。如果有任一值超出标称直径的允许值（见表3），那么该球不应用作 压头。

顶端为球形的圆锥压头的特性在表4中给出（见图6）。 从接触零点测得的任一压痕深度h对应的球顶瞬时曲率半径[R(h)门不应大于平均半径的2倍且 不应小于平均半径的0.5倍，即

0.5

顶端为球形的圆锥压头应用在许多场合。这些压头通常用金刚石制造但是也有用其他材料制造 的，例如红宝石、蓝宝石或硬质合金。它们仅嵌人圆锥压头的顶端。如果用赫兹接触力学解释压痕的特 性曲线，那么使用的压头半径的值是关键性的。因此建议使用合适的测量系统对每个压头的形状直接 进行测定，或通过在已知性能的标准物质上的压痕进行间接测定。 表面粗糙度参数Ra宜减到最小。粗糙度会造成压头与试样的接触零点难以确定。由于表面粗糙 使接触半径与球头半径的平均值明显不同，所以性能差别很大。如果可能，金刚石压头表面粗糙度参数 Ra的值宜小于常规压痕深度的1/20。 注：建议锥顶的几何结构：在圆锥角为2α的圆锥上与半径为R的球相切的球头高度h，由下式确定： h, = Rv[1 sin(a)] 实际上，球头与圆锥相切的位置有一个逐渐过渡段，很难规定它们的几何形状。定是这样，就要允许R。和。 有偏差（见表4)，每当压痕深度大于0.5h，时官予以注意

实际上，球实与阅锥相划的位产 有偏差（见表4)，每当压痕深度大于0.5h，时宜予以注意

表3压头用硬质合金球的允差

GB/T21838.22008

图6圆锥压头几何特征示意图

4.4.1所要求的位移测量装置的估测能力取决于要测量的最小压痕深度的尺寸。对于显微范围该值 为0.2μm，对于常规范围应不小于2um。 位移测量装置标尺的分度应使其对压痕深度的估测能力符合表6的规定。 4.4.2对于每个使用范围，位移测量装置应采用合适的方法和与其相应的系统在试验机上进行校准。 应在测量装置每个方向的整个行程均匀分布的至少16个点上进行校准。此过程应重复测量三遍。 4.4.3通常温度的变化是位移漂移的根源。为了使温度引起的位移漂移减到最小，在一个完整的校准 循环内，应保持装置温度的稳定，以使最大位移漂移不超过表6规定的最大允许误差。漂移率应在每个 校准循环中、之前或之后立即测量出漂移量，例如：通过施加一个恒定的试验力并保持一段合适的时间， 监测其间的位移。

范围的最大充许误差。附录C中给出了位移测量装置不同的直接检验方法。 表6位移测量装置的估测能力和最大允许误差

表6位移测量装置的估测能力和最大允许误差

4.5试验机柔度的检验与校准

对于不小于6μm的压痕深度没必要考虑压头实际接触的面积函数。对于试验机柔度的检验和校 准应使用与压痕深度无关的具有检定合格的标准硬度块和（或）检定合格的标准压痕模量块，例如标准 维氏硬度块、钢（深压痕时）、BK7玻璃（浅压痕时）。试验力的范围是根据6μm压痕深度的最小试验力 和试验机最大允许可能的试验力确定的。 对于小于6um的压痕深度，也应使用上述方法，这种情况下压头要具有已校准的面积函数且在硕 度值明显不同，即至少相差2倍的两个不同的标准物质上进行测量。例如熔融石英和钨。通常建议使 用E//H比值大的标准块。 在每一种物质上以相同的压痕深度进行测量。试验力的范围是根据压痕深度大于0.5um和试验 机的最大试验力或试样不产生非正常现象（例如陶瓷或玻璃的破裂）时的最大试验力确定的。 作为相关试验力函数的测量值的误差不应超过表7、表8和5.2.6规定的试验机百分数误差的最 大充许值。 如果对试验机的柔度和压痕面积函数进行通行的有效修正之后，标准块的测量值与检定值之差超 过最大允许误差值而且使用新近检验合格的压头（对试验机柔度进行了有效修正的那一个压头）也不能 复现证书上的检定值，那么应对试验机进行维修和进行全面的直接校准。试验机柔度通行的修正方法 在[3]和[4]中给出 试验机柔度可受结构、压头的安装及固定样品方法的影响。例如，在塑料（例如聚氯乙烯）上固 定样品会在测量中引人一个附加柔度。宜使用以后测量将要使用的压头对试验机的柔度进行检验 和校准。

4.6压头面积函数的检验

压头面积函数的测定方法在附录B中给出。 压头面积函数的检验方法是将测量过的压头面积函数与检定证书上的压头面积函数进行比较，检 定证书上的压头面积函数是用新近检定且校准合格的压头测定的。 注：压头面积函数和试验机柔度修正能用选代的方法和多种标准物质同时测定"。 如果在标准物质上检定的值不在5.2规定的范围内并且用新近检定合格的压头做相应正确的试验 机柔度修正却无法得到标准值，那么该压头的检验无效，应重新校准。如果在压头校准范围内的任意压 痕深度所测量的面积函数值与检定证书上的面积函数值（按附录B所述的方法测得，每个测得的压痕 深度用原证书所对应的面积值的百分数表示）之差超过30%，那么压头应作废

间接检验应定期或在有较高准确度要求的试验之前进行。如果试验机在显微或纳米范围使用，建 议在较短的时间间隔，至少一周进行间接检验。 宜在（23士5）℃的温度下，使用按GB/T21838.3标定的标准块进行间接检验。这些标准块的硬 度、压痕模量和（或）其他材料参数均能被标定

，之，1接检验应全少在两 对于压痕深度小于6μm的试验，该

5.2.1间接检验应至少在两个最频繁使用的试验力下进行。对于压痕深度小于6

方法还能对接触面积函数做一些检验。对应每个试验力，应选择尽可能覆盖较宽应用范围的两块不同

HM,Hm≤2500N/mm 2500N/mm

HM.Hm≤2500N/mm 2500N/mm

100000N/mm

5.2.2如果试验机只使用一个试验力，那么应只在该试验力下，至少使用检定值能够覆盖待试样品试 验值的两个不同的标准块对其进行检验。 5.2.3在每个标准块上，建议按GB/T21838.1测量5点。当压痕深度小于6m时，对应每一试验力 在每个标准块上建议至少测量10点，以降低测量平均值重复性的不确定度。 5.2.4对于每个标准块，按照公式(1)计算n个测量值91，，9。的算术平均值：

计算实验标准差，作为描述测量值分散性的参数

式中； 材料参数。 测量值的相对分散性是用百分数表示的变异系数，按公式(3)计算

5.2.5试验机的重复性是在特定检验条件下通过测量值的变异系数确定的 如果试验机满足表7给定的条件，则试验机的重复性合格

5.2.6试验机的误差用下面的差值表征

以（n一1)的自由度，在95%的置信水平下，对于双尾试验，试验机回归的t值不应超过临界值t。（见 表8的示例值）

表8有关n和t.的示例

更精确的算法见公式（5）：

6. 1. 2 在下列情况下应按 4. 3. 4. 4 和 4. 7

a）试验机安装时、拆卸并重新装配后或改变安装地点时； b）间接检验的结果不合格时； c）最长间隔时间不超过3年。

在任何一组试验前或定期地（例如每天)在每组试验中，应在两个不同的试验力下在已知材料参数 的试样上进行试验。这个试验结果应记录在合适的图表内，参见附录D。如果试验结果超出再现性的 标称范围，应进行间接检验。 在每批样品试验前后进行压痕试验是一种良好的习惯做法。 压头状态的日常检查，见GB/T21838.1一2008的附录D。

图A.1压头的合理设计示例

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管接头标准附录B （规范性附录） 压头面积函数的测定方法

本附录描述了下列测定压头面积函数有效的方法。每种方法都能得到在充差范围内的同一压头 数。

最合适的直接测量法取决于压头预定的用途。对于高分辨压头的形状尺寸直到1μm左右时，使用 经溯源校准的原子力显微镜（AFM)是理想的。应注意保证AFM的测量考患了误差和测量不确定 度的各种因素[5].[6]。如果预计仅测量大的压痕深度，则采用溯源校准的电子或光学显微镜可能比 较便利。

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附录C （资料性附录） 位移测量装置直接检验的示例

建议遵照下列方法测量有关压头的位移， a）激光干涉法； b）电感法； c）电容法； d）压电转换法。

附录C （资料性附录） 位移测量装置直接检验的示例

安全标准规范范本附录D （资料性附录） 间接检验结果报告的示例