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2022年8月，客戶在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)自己的測(cè)試結(jié)果有異常，尋求工程師幫助，希望可以助力他查找測(cè)試結(jié)果差異的原因。具體情況如下：測(cè)試球壓痕硬度得到55N/mm2的結(jié)果，此款樣品的球壓痕硬度值在39 N/mm2以內(nèi)，超出了樣品的合格范圍內(nèi)。在相同設(shè)備、相同樣品、測(cè)試手法相差無(wú)幾的情況下，客戶自己的測(cè)試結(jié)果與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)范圍相差較大，對(duì)此尋找測(cè)試結(jié)果差異的原因并解決。

排查與分析

2.1設(shè)備硬件排查

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 3398.1-2008塑料 硬度測(cè)定 第1部分：球壓痕法》中規(guī)定：球壓痕硬度是指以規(guī)定直徑的鋼球，在試驗(yàn)負(fù)荷作用下，垂直壓入試樣表面，保持一定時(shí)間后單位壓痕面積上所承受的壓力，其計(jì)算公式：球壓痕硬度=施加的負(fù)荷/壓入的表面積。從計(jì)算公式中來(lái)看影響測(cè)試結(jié)果主要的因素有兩點(diǎn)：施加的負(fù)荷和壓頭表面積。

球壓痕硬度測(cè)試的壓頭鋼球直徑為（5.0±0.05）mm，且試驗(yàn)后該鋼球不能顯出任何變形或損傷。在檢查客戶使用的鋼球時(shí)直徑確認(rèn)符合標(biāo)準(zhǔn)要求見(jiàn)圖1，發(fā)現(xiàn)鋼球表面有不明黑點(diǎn)詳見(jiàn)圖2，初步判定是鋼球表面的損傷，不排除是鋼球表面的損傷導(dǎo)致的測(cè)試結(jié)果有偏差，更換了好的壓頭后對(duì)同一個(gè)樣進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，發(fā)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果相差并不大。通過(guò)使用二次元設(shè)備觀察有破損鋼球，發(fā)現(xiàn)是鋼球其表面附著了一層黑色物質(zhì)，可通過(guò)紗布擦拭祛除污漬，祛除后鋼球可正常使用，測(cè)試結(jié)果與之前相差不大。

表1  不同鋼球?qū)Ρ葴y(cè)試結(jié)果

排除了使用的鋼球?yàn)閷?dǎo)致誤差的因素后，其次對(duì)球壓痕硬度砝碼組合的單個(gè)砝碼進(jìn)行稱重確認(rèn)砝碼狀態(tài)，稱重結(jié)果如表2：

表2 硬度測(cè)試中所用砝碼質(zhì)量

從表2中可以看出測(cè)試使用的砝碼組合重量在誤差范圍內(nèi)，滿足使用要求。根據(jù)球壓痕硬度計(jì)算公式來(lái)看，壓痕器上的負(fù)荷不等于試驗(yàn)負(fù)荷，除了砝碼本身的重量之外還需考慮到機(jī)架變形修正后的壓入深度的情況。

2.2設(shè)備軟件排查

在排查完設(shè)備硬件確認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題之后，還需對(duì)設(shè)備的軟件設(shè)置進(jìn)行排查，需要考慮機(jī)架變形的修正壓入深度。測(cè)試球壓痕硬度時(shí)選用的自動(dòng)模式，為了確認(rèn)是否為機(jī)架變形修正后的壓入深度有誤，客戶與設(shè)備廠家溝通后選用手動(dòng)模式。自動(dòng)模式是通過(guò)軟件設(shè)置軟件計(jì)算直接得出球壓痕硬度值，通過(guò)使用手動(dòng)模式和自動(dòng)模式測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)比對(duì)的測(cè)試結(jié)果可以確認(rèn)自動(dòng)模式的軟件設(shè)置確實(shí)有問(wèn)題（見(jiàn)表3）。

表3  不同模式下對(duì)比測(cè)試結(jié)果

檢查設(shè)備軟件中的修正深度與標(biāo)準(zhǔn)有偏差見(jiàn)圖4，按照正確的修正深度進(jìn)行調(diào)整見(jiàn)表4。

表4   標(biāo)準(zhǔn)修正因素

按照表4的要求修正后，需要立刻對(duì)設(shè)備進(jìn)行確認(rèn)。由于缺少球壓痕硬度標(biāo)快，所以選取了幾種不同材質(zhì)以及球壓痕硬度值的樣品進(jìn)行比對(duì)。

在修正了設(shè)備深度后并且驗(yàn)證了球壓痕硬度的測(cè)試結(jié)果比對(duì)在允差范圍內(nèi)，為了避免深度修正影響洛氏硬度，根據(jù)洛氏硬度標(biāo)準(zhǔn)《GB.T 3398.2 塑料 硬度測(cè)定 第2部分：洛氏硬度》中的附錄A和《ASTM D785-65 塑料與電絕緣材料洛氏硬度試驗(yàn)方法》中的方法B，通過(guò)計(jì)算出洛氏-α硬度，根據(jù)Fett證明的洛氏-α硬度（HRa）與球壓痕硬度（H）之間存在的數(shù)學(xué)公式，換算出球壓痕硬度，兩者之間的關(guān)系圖如圖6所示，換算得到的球壓痕硬度結(jié)果與測(cè)試結(jié)果一致。最后幫客戶解決了問(wèn)題。

圖6   HRa與H的關(guān)系圖

總結(jié)

1. 測(cè)試結(jié)果有誤，根據(jù)數(shù)據(jù)先預(yù)計(jì)大概的問(wèn)題原因，球壓痕硬度的計(jì)算公式因果關(guān)系明確，測(cè)試結(jié)果偏大首先確認(rèn)測(cè)試結(jié)果的計(jì)算公式中包含的施加的負(fù)荷和壓入鋼球的表面積是否正常且穩(wěn)定。在排除砝碼和壓頭的表面積沒(méi)問(wèn)題后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)的實(shí)際負(fù)荷計(jì)算公式進(jìn)行逐一排查，找出問(wèn)題并相對(duì)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

1. 測(cè)試結(jié)果有誤，根據(jù)數(shù)據(jù)先預(yù)計(jì)大概的問(wèn)題原因，球壓痕硬度的計(jì)算公式因果關(guān)系明確，測(cè)試結(jié)果偏大首先確認(rèn)測(cè)試結(jié)果的計(jì)算公式中包含的施加的負(fù)荷和壓入鋼球的表面積是否正常且穩(wěn)定。在排除砝碼和壓頭的表面積沒(méi)問(wèn)題后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)的實(shí)際負(fù)荷計(jì)算公式進(jìn)行逐一排查，找出問(wèn)題并相對(duì)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

2.由于洛氏硬度與球壓痕硬度是在一臺(tái)設(shè)備上進(jìn)行測(cè)試，在調(diào)整球壓痕硬度的修正深度后也需要考慮到是否會(huì)對(duì)洛氏硬度的測(cè)試帶來(lái)一定的影響。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)學(xué)關(guān)系公式同時(shí)確認(rèn)洛氏-α硬度與球壓痕硬度的準(zhǔn)確性。