机械加工对金属板材维氏硬度的影响

孙晓峰，张浩，郑晓斐

（西部金属材料股份有限公司， 陕西西安 710016）

1 试验材料

试验研究对象采取5mmTA2板材和4mmNb板，选取板材纵向横截面作为硬度测试表面，样品采用刨床对试样表面进行初加工，然后采用700号细砂纸处理60s然后进行硬度测试，本次试验过程主要讨论加工过程中夹紧力和刨床刀具锋利程度对硬度结果的影响。

2 试验方法

2.1 试验设备

试验设备采用AVK型维氏硬度计，压头为正四棱锥体两相对面夹角为136度的金刚石压头，测量装置为带螺旋测数的读数显微镜［1］，加载载荷5 kg，保持30s时间。硬度压痕的测量精度为0.001mm。

2.2 试验过程

板材试样在进行硬度测试时，一般先用锯床获得一小块金属试样，然后采用刨床对样品需要测试的两个端面进行加工，使样品两个表面平行，然后采用细砂纸对硬度测试表面进行处理再进行硬度测试。

此前大量的试验研究都是集中在不同加工方式［2-3］，或表面处理方式对样品表面硬度结果的影响［4-5］，但是关于机械加工细节对于一些强度较低的试样的表面维氏硬度的影响的研究尚未发现，因此本文主要研究夹紧力和刀具锋利程度对纯钛板和铌板硬度结果的影响。

在测试过程中刨床夹紧力和刀具的锋利程度有可能对硬度结果产生影响，试验过程中采用刨床加工样品时采用不同夹紧力，方式1用力夹紧样品使样品牢牢固定在刨床卡槽内，方式2轻轻夹住样品保证样品不晃动即可，然后在刨床采用刚打磨的刀具进行表面加工，接着采用700号细砂纸处理60s然后进行硬度测试，刨床刀具锋利程度对硬度结果的影响测试，轻轻夹住样品保证样品不晃动即可，然后采用方式3磨损量较大的刀具加工试样表面，测试过程每个样品测试5个点然后取平均值。

3 试验结果分析

3.1 试验结果

将上述两种不同影响因素硬度测试获得的大量数据进行整理，获得的试验结果如下表所示。

表1 采用不同加工方式获得样品的表面维氏硬度结果Tab.1 The results of vickers hardness were obtained by different processing methods

接着对6mm，8mm，10mm，12mm厚度的TA2板材按照上述方式进行对比试验发现6mm和8mm厚夹紧力过大时试样硬度结果偏大，而10mm和12mm厚度的TA2板材加工时夹紧力大小对试样的结果基本不产生影响，需要注意进行硬度测试时尽量保证压痕位于试样中心位置，边部硬度值略高。

3.2 试验结果分析

（1）由表1方式1和方式2测试结果对比可以发现，对于纯钛板和铌板等强度较低的薄板材料，采用刨床进行表面加工厂处理时需要把试样固定在刨床卡槽内，在固定的过程中夹紧力过大时容易造成样品横截面方向挤压变形硬化，导致板材试样硬度值增大，从而影响硬度测量结果的准确性，夹紧力对板材试样硬度结果的影响会随着板材试样的厚度增大逐渐消除，对于TA2板材厚度大于10mm时夹紧力对硬度测试结果无影响。

（2）由表1方式2和方式3测试结果对比可以发现，在采用刨床加工过程中使用的刀具越锋利，加工过程刀具对板材试样表面挤压作用越小，产生的机械-热作用也越小，对硬度测试结果的影响也越小，因此加工过程中应当保持刀具的锋利。

4 结论

（1）金属材料在进行硬度测试时机械加工对试样的测试结果影响很大，在测试过程中应考虑不同加工方式，表面处理方式对结果的影响，同时也应当考虑不同加工方式中细节因素对硬度测试结果的影响，如刨床加工过程中夹紧力对强度较低的薄板硬度影响，刀具锋利程度对结果的影响，车床加工过程中转速对测试结果的影响等各种因素。

（2）为了获得金属材料相对准确的维氏硬度值，试验室很有必要针对不同种类不同状态的材料，进行机械加工及最终表面处理影响因素分析，分别制定不同的加工方法和后期处理条件，在保证测试结果的准确的情况下同时要保证机械加工及表面处理的效率和成本。