分析機械加工對金屬板材維氏硬度的影響

王嬋

摘要：本文的探究對象為TA2板材和鈮板，探討機械加工過程對這兩種板材維氏硬度指標的影響。機械加工過程中機床加緊的程度與刀具的鋒利程度都會對金屬板材加工的維氏硬度產生一定的影響，這是由于在進行機械加工時，機床的加緊程度和刀具加工過程控制不當，就會導致加工材料出現變形，在經過機械加工之后，板材的表面會出現不同程度的硬化現象，導致金屬板材的硬度值受到干擾。因此在制作薄板的金屬材料時，應該加強對機械加工步驟的關注，避免由于機械加工失誤原因，對金屬板材的維氏硬度指標造成影響。

關鍵詞：機械加工;金屬板材;維氏硬度;影響

引言：

維氏硬度測試，是采用金剛石制成一個四角椎體形的構件，作為壓頭。壓頭相對兩面所形成的夾角簡稱面角，其角度大小為一百三十六度，棱角的角度為148°6′42″。試驗力大小一般控制在49.03牛也就是5千克力以上，這一試驗就是維氏硬度試驗，試驗力大小在9.8牛（也就是1千克力）到49.03牛（也就是5千克力）之間的試驗，被陳志偉小負荷的維氏硬度試驗，試驗力大小在0.49牛到9.8牛之間的試驗被稱之為顯微硬度試驗，通常情況下被用于定量測定時使用。而試驗力在0.49牛以下的試驗通常用作定性分析時使用。

1.試驗材料準備

本論文探討的試驗，其試驗對象為5毫米厚的TA2金屬板材和厚度為4毫米厚的金屬鈮板，選取板材的縱向橫截面作為硬度試驗的表面樣品，使用刨床來對試樣的表面進行初步加工出之后，再使用型號為700號的細砂紙對進行其板材表面的磨砂處理，磨砂時間控制在一分鐘左右，然后再對其進行硬度測試試驗，本試驗主要是對機械結構過程中刨床的夾緊力大小以及刨床刀具的分離程度對金屬板材維氏硬度指標的影響進行探索

2.試驗方法

試驗設備

本試驗采用的試驗設備為AVK型號的維氏硬度計壓頭，用正四椎體兩兩相對的夾角為測量裝置用帶螺旋測數的讀數顯微鏡進行讀數，加載荷載設置為5千克，保持時間為三十秒，硬度壓痕測量精度控制在0.001毫米。

試驗過程

板材試樣在進行硬度測試時，一般會先使用鋸床鋸出一小塊的金屬試樣，然后在使用刨床對試樣進行初步處理確保測試件的兩個端面與加工樣品的表面為平行狀態之后，再使用細砂紙對試樣的表面進行打磨處理，然后就可以進行硬度試驗了。

在此之前主要關注點在于加工方式的差異上，或是表面處理方式對金屬板件硬度測試結果的影響，但是對于機械加工細節因素對金屬試件硬度的影響方面的研究還沒有相關的討論結果。因此本文主要針對機械加工過程中刨床的夾緊力程度以及刀具的風力程度對純鈦板與鈮板加工硬度的影響進行分析。

在試驗過程中，刨床生的夾緊力大小與使用刀具的鋒利程度都是會對金屬板件的加工硬度產生干擾的。本試驗過程中所采用的刨床加工樣品，選取了集中不同的夾緊力程度對試件進行加工，方式1：用力夾緊樣品，使樣品被牢牢的固定在刨床的卡槽中;方式2輕輕將試件樣品夾住，只要確保試驗樣品在加工過程中不會出現晃動即可，然后使用剛打磨的刀具對樣品的表面進行加工處理，使用型號為700號的細砂紙對進行其板材表面的磨砂處理，磨砂時間控制在一分鐘左右，然后再對其進行硬度測試試驗。刨床刀具鋒利程度對金屬板件硬度的影響試驗：輕輕夾住樣品確保樣品在加工過程中不會出現晃動即可，然后采用方式3磨損程度較為嚴重的刀具來對樣品進行打磨處理，試驗過程中，每個樣品取五個點進行硬度測試然后取其平均值作為硬度測試的結果。

3.試驗結果

試驗結果

試驗測試的結果如圖1表格內容所示：

緊接著我們又對6毫米、8毫米、10毫米、12毫米這四種厚度的純鈦板分別進行了上述幾種方式的試驗，試驗結果顯示，6毫米與8毫米厚度的純鈦板在夾緊力越大時，試件硬度結果也隨之增大，而對于10毫米與12毫米厚度的純鈦板在加工過程中夾緊力的大小基本不會對試件的硬度結果產生影響，但是需要注意的是，在進行硬度測試時要盡量確保壓痕的位置在試樣的中心部位，越接近中心部位，試件的硬度值越高。

試驗結果分析

由圖1 表格中方式1和方式2的測試數據，我們可以知道，對于純鈦板與鈮板這些強度比較低的薄板材料而言，使用刨床設備對其表面進行加工處理時，需要將試件固定與卡槽內部，并且夾緊力如果太大，容易對樣品的橫截面方向造成擠壓力，導致樣品偏心，使板材樣品的硬度值增大，同時也會對硬度值測量的結果產生極大的影響，導致其準確性不足。但是夾緊力大小的影響會隨著板材試件厚度的增加隨之降低，對于純鈦板厚度大于十毫米的金屬板材而言，刨床加工時夾緊力大小對硬度值大小所產生的影響幾乎可以不計。

由圖1 表格中方式1、方式2方式3的測試數據，我們可以知道，在使用刨床對樣品進行加工過程中，加工刀具越是鋒利，低板材試樣表面所產生的擠壓力作用也就會越小，造成的機械熱作用也會隨之降低。因此，對試件硬度測試值大小的影響也會越小，因此，在進行刀具加工時，應當確保刀具的鋒利程度。

結束語：

首先，金屬材料在進行硬度測試時機械加工對試樣的測試結果影響很大在測試過程中應考慮不同加工方式表面處理方式對結果的影響同時也應當考慮不同加工方式中細節因素對硬度測試結果的影響如刨床加工過程中夾緊力對強度較低的薄板硬度影響刀具鋒利程度對結果的影響車床加工過程中轉速對測試結果的影響等各種因素。其次，為了獲得金屬材料相對準確的維氏硬度值，試驗室很有必要針對不同種類不同狀態的材料進行機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條件在保證測試結果的準確的情況下同時要保證機械加工及表面處理的效率和成本。

參考文獻

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（湖北工程職業學院）