加強(qiáng)洛氏硬度測(cè)試的計(jì)量基礎(chǔ)需要多方面的方法。作為論文的一部分，PTB在三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)行了改進(jìn)。第一個(gè)解決了需要一種標(biāo)準(zhǔn)化的自動(dòng)化方法來(lái)校準(zhǔn)洛氏硬度參考?jí)K，而無(wú)需耗時(shí)的預(yù)測(cè)量。在所提出的方法中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室間比較來(lái)識(shí)別、確定和驗(yàn)證通用應(yīng)用所需的關(guān)鍵參數(shù)。該方法的應(yīng)用確保了符合ISO 6508標(biāo)準(zhǔn)，并降低了硬度參考?jí)K校準(zhǔn)的總體成本[1]。
這項(xiàng)工作的第二個(gè)重點(diǎn)是解決壓頭設(shè)計(jì)中允許的幾何公差導(dǎo)致的洛氏硬度測(cè)量值的偏差。洛氏壓頭為球錐金剛石尖端，開口角為120°，尖端半徑為200?µm.球形截面與錐形部分融合的點(diǎn)稱為過(guò)渡點(diǎn)。提出了一種基于壓頭測(cè)量幾何特性的經(jīng)驗(yàn)校正方法，并與常用的組標(biāo)準(zhǔn)校正方法[2]進(jìn)行了基準(zhǔn)比對(duì)。所提出的方法有效地糾正了軟硬材料的硬度偏差，盡管其性能僅限于中等硬度范圍。
最后，第三個(gè)進(jìn)步在于使用共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM）改進(jìn)金剛石洛氏壓頭尖端半徑的校準(zhǔn)（見(jiàn)圖1）[3]。CLSM是一種非接觸式儀器，可以有效地提供完整的3D地形數(shù)據(jù)。然而，與參考觸覺(jué)方法相比，初步結(jié)果顯示不一致。這種差異可以追溯到測(cè)量對(duì)象的形狀。由于沿壓頭尖端表面的斜率不斷變化，從CLSM獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)隨著距圖像中心距離的增加而沿高度軸失真。為了解決這個(gè)問(wèn)題，引入了一種使用200µm高級(jí)紅寶石球體作為傳輸標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)策略。這導(dǎo)致尖端半徑的校準(zhǔn)不確定性從超過(guò)3?µm至1以下?µm.
理想洛氏金剛石壓頭幾何形狀的正視圖
壓頭躺下和壓頭在支架中的圖像
此外，開發(fā)了一種新的評(píng)估技術(shù)，用于根據(jù)CLSM數(shù)據(jù)計(jì)算壓頭尖端的三維半徑。這使得能夠生成半徑與高度（R-h）曲線，從而全面描述壓頭的球形區(qū)域（見(jiàn)圖2）。R-h曲線提供了對(duì)尖端幾何形狀的清晰視覺(jué)評(píng)估，而不是像通常情況那樣依賴于單個(gè)校準(zhǔn)半徑值而不指定評(píng)估高度。將這種方法應(yīng)用于不同的壓頭，發(fā)現(xiàn)盡管標(biāo)稱半徑相同，但由于尖端尖端變平或變尖，形狀變化顯著。這突顯了需要更嚴(yán)格的質(zhì)量控制和更明確的半徑評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。
總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)工作中實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)提高了洛氏硬度測(cè)試的可追溯性、準(zhǔn)確性和可比性，為改進(jìn)工業(yè)實(shí)踐和硬度計(jì)量界的國(guó)際協(xié)調(diào)鋪平了道路。
壓頭EDK1、EDK2和EDK3的3D半徑與高度（R-h曲線）
References
[1] M. Zackaria, F. Menelao, D. Nimptsch, T. Stegmaier, P. Beisel, R. Reinstaedt, U. Brand and R. Tutsch
Universal automation approach for efficient calibration of Rockwell hardness reference blocks
IMEKO 24thTC3, 14th TC5, 6th TC16 and 5th TC22 International Conference (Cavtat-Dubrovnik, Croatia) (2022)
[2] M. Zackaria, F. Menelao, A. Felgner, U. Brand and R. Tutsch
Correcting Rockwell hardness values based on improved measurements of diamond indenters using confocal laser scanning microscope
Measurement: Sensors 2025, 38, 101446, doi:10.1016/j.measen.2024.101446 (2024)
[3] M. Zackaria, A. Felgner, F. Menelao, T. Ahbe, U. Brand and R. Tutsch
Calibration of the spherical tip radius of Rockwell hardness diamond indenters using a confocal laser scanning microscope
Measurement Science and Technology 35 125017 (2024)
京公網(wǎng)安備11010802046783號(hào)
