顯微硬度計
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顯微硬度計主要用於測量微小、薄型試件、脆硬體的測試，通過選用各種附件或者升級各種結構可廣泛的用於各種金屬（黑色金屬、有色金屬、鑄件、合金材料等）、金屬組織、金屬表面加工層、電鍍層、硬化層（氧化、各種滲層、塗鍍層）、熱處理試件、碳化試件、淬火試件、相夾雜點的微小部分，玻璃、瑪瑙、人造寶石、陶瓷等脆硬非金屬材料的測試，在細微部分進行精密定位的多點測量，壓痕的深層測試與分析，滲鍍層測試與分析，硬度梯度的測試，金相組織結構的觀察與研究，塗鍍層厚度的測量與分析等。是實驗室質檢部門、計量院所質量控制、材料研究的必備檢測儀器。
1．2顯微硬度計的特點
1．2．1試驗力小，對薄形樣品或塗層均可測試；
1．2．2壓痕小，可認為無損檢測，同時可在極小範圍內進行多點測試；
1．2．3全新浮點計算方法，使測試結果與理論結果完全一致；
1．2．4超大螢幕，顯示清晰度高，完全中文作業系統，使用方便快捷；
1．2．5全新大三通光路系統，接近100%完全光吸收；
1．2．6物鏡（壓頭）-塔台基板-光學系統-照明四者一體化結構設計，幾乎做到了100%完美光學系統；
1．2．7主機硬體及軟體採用預留埠設置，部分功能升級只需輕鬆撥碼即可實現，使後續升級服務更加完美貼切；
1．2．8採用高端的圖形圖像處理技術與數據處理技術，圖像壓痕清晰，測試精度高；
1．2．9高精度的電機控制技術，讓塔台轉換更加輕鬆自如；
1．2．10可選擇控制的塔台轉動步數，讓塔台定位更加精準；
1．2．11可調的加卸載系統，讓操作人員可輕鬆的完成多次測試；
1．2．12可0-100%無級調節的照明系統，減輕了操作人員的視覺疲勞，同時自動控制的照明系統還可完成自動關閉與啟動；
1．2．13高級存儲系統可以隨時記憶測試結果，避免斷電帶來的數據丟失，高級時鐘控制系統，讓時間更加明了；
1．2．14高精度的升降軸讓機器運行更加平穩舒適；
1．2．15穩定的機械結構設計，使機器的使用壽命更長。
1．2．16垂直導軌結構的加卸荷系統，讓加卸荷均在一個面上實現，保證了砝碼施加實驗力的穩定性，避免了凸輪式結構的在水平和垂直兩個方向上施加力帶來的不穩定現象。
1．3顯微硬度計工作條件
顯微硬度計應工作在溫度20℃±8℃範圍內，濕度應保持在≤70%範圍內，嚴禁在滴水或者塵土的環境中使用，更不能在腐蝕氣體和輻射的環境中使用。顯微硬度計應固定在固定位置，不適宜經常搬運或攜帶使用。
2．顯微硬度計技術特徵
2．1顯微硬度計技術參數
2．1．1試驗力：0.098N、0.245N、0.490N、0.981N、1.961N、2.942N、4.903N、9.807N，即：10gf、25gf、50gf、100gf、200gf、300gf、500gf、1000gf；
2．1．2施加試驗力速度：0.05mm/s，自動加卸載試驗力；
2．1．3目鏡倍率：10X；
2．1．4物鏡倍率：10X（觀察）、40X（測量）；
2．1．5壓痕範圍：最大壓痕測量長度250mm，最小壓痕測量長度0.1um；
2．1．6硬度測量範圍：最大硬度值9999.9，最小硬度值0.001；
2．1．7測試儲存次數：99次；
2．1．8試驗力保荷時間：0-99秒；
2．1．9試件最大高度：85mm；
2．1．10壓頭中心到內壁距離：110mm；
2．1．11最小檢測單位：0.025um；
2．1．12試台尺寸：110X100mm，試台移動範圍30X30mm，最小讀數0.01mm；
2．1．13光路切換方式：目鏡與CCD攝影同時觀看測試；
2．1．14電源：220V，50/60Hz；
2．1．15主機重量：毛重50kg；
2．1．16儀器外形尺寸：460X430X200mm；
2．2顯微硬度計組成
顯微硬度計由主機、測微目鏡、各種試台、標準硬度塊、各種壓頭、物鏡、調平角等構成。
3．顯微硬度計工作原理與結構特徵
3．1顯微硬度計的工作原理
硬度是一個重要的力學性能指標，它能反映材料彈性和塑性變形的特性指標。硬度測定時試樣製備簡單，試樣基本不被破壞，接近無損檢測，在不同尺寸與形狀的試樣上測定時，操作簡便，測量速度快，並且硬度與強度之間有著相似的換算關係，根據硬度值能夠得出近似的強度極限值；硬度測定是用標準形狀和尺寸的較硬物體在一定壓力下接觸材料表面，測定材料在變形過程中表現出來的抗力，稱為硬度測試。用不同的載荷施加力的方法所得到的硬度是表現材料抵抗塑性變形的能力，肖氏硬度則表現了材料抵抗彈性變形的能力；日常中我們把載荷大於1kg測試力的稱為宏觀硬度，它主要用於較大的試件，希望通過硬度測試能夠反映材料的宏觀性能；載荷小於1kg測試力的稱為微觀硬度，它主要用於小而薄的試件，希望反映出微小領域內的材料性能，如顯微組織的相硬度、材料的表面硬度。
顯微硬度的測試原理基本和維氏硬度測試相同，所不同的是壓頭採用的是兩對面夾角為136º底面為正方形的正四稜錐金剛石壓頭和一徑角為 ，橫斷角為 的金剛石錐形壓頭，即：克努普金剛石壓頭（入下圖）。顯微硬度計和維氏硬度計所用的載荷分別為：1kg、2kg、3kg、5kg、10kg、20kg、30kg、50kg、100kg、120kg等，常用的為1kg、2kg、5kg、10kg、30kg、50kg。載荷的大小主要取決於試件的厚度。測試的最終硬度是通過壓痕單位面積上所能承受的載荷來表示的。將選定的固定實驗力（載荷）壓入試樣表面，並經過規定的保持時間（保荷），然後卸除實驗力（卸荷）後，在試樣表面殘留出一個底面為正方形的正四稜錐或克努普壓痕，通過測微目鏡測量其對角線的長度，得到壓痕的面積，顯微硬度值就是實驗力與壓痕表面積的比值。
上圖為正四稜錐金剛石壓頭
採用正四稜錐金剛石壓頭的計算公式如下：
式中：F=所施加的載荷，單位為N；
S=壓痕在試樣上的表面積；
， 為壓痕兩對角線長度；
HV=顯微維氏硬度值。
如下圖所示：
公式的推導：
則 ，式中：F單位：g；d單位：um。
φ角選擇136°是為了使維氏硬度得到一個成比例的並在較低硬度時與布氏硬度基本一致的硬度值。在布氏測試法台規定0.25<d/D<0.5，最理想的d/D值是0.375, φ=44°,與此相對應的金剛石正四稜錐的兩以面間夾角就是180°-44°=136°。
上圖為克努普金剛石壓頭
採用克努普金剛石壓頭的計算公式如下：
此時壓痕的長對角線與短對角線的長度之比是7.11。硬度值為：
（ ）
式中F單位：N
d 為長對角線，單位：mm
公式的推導：
式中：F單位：g；L單位：um。
3．2顯微硬度計的結構特徵
顯微硬度計由硬度計主機及測微目鏡和相關附件組成。測微目鏡是用來觀察金相或顯微組織，確定測試部位，測量對角線長度，數據的採集等；硬度計主機則是完成目鏡與壓頭的切換，在確定的測試部位進行施載入荷，完成平台的移動尋找像點等；相關附件主要是為了試件的夾持穩固等。
下面以MC010-HVST-1000ZA舉例來說明顯微硬度計的構造：
MC010-HVST-1000ZA顯微硬度計主要由圖像處理系統、機身、自動塔台控制系統、測微光學系統、大三通系統、加卸載機構、自動運動控制系統、升降系統、數據處理系統、顯示模塊及電路模塊等。如下圖示：
3．2．1圖像處理系統
高端的圖像處理系統採用最新光學技術與電子技術，通過大三通系統完美的與數據處理系統相結合，使壓痕的測試及觀察清晰準確，大大提高了測試精度。
3．2．2機身
世界主流設計概念的機體，呈現出精美的輪廓，高級的烤漆工藝讓機身持久光亮如新。
3．2．3自動塔台控制系統
採用高精度的電力控制技術，配合一體化的塔台運轉系統，即保證了物鏡與壓頭的準確切換，同時也提高了定位精度，使塔台運轉輕鬆自如。
3．2．4測微光學系統
超大視野的目鏡，超大行程的十字平台移動結構，精準的光學系統，讓操作人員能夠輕鬆舒適的完成找基準、定位、選像及測量整個過程。
3．2．5大三通系統
自主知識產權的新一代大三通系統，直接定位於塔台基板上，配合一體化的照明系統，能夠完美的與圖像處理系統、數據處理系統、塔台控制系統及測微光學系統結合，實現了高精度定位、一體化設計及即時的升級擴展等現代儀器設計理念。
3．2．6加卸載機構
垂直導軌結構的加卸荷系統，讓加卸荷均在一個面上實現，保證了砝碼施加實驗力的穩定性，避免了凸輪式結構的在水平和垂直兩個方向上施加力帶來的不穩定現象。
3．2．7自動運動控制系統（選購）
行程重複性高達2um的精度，可在行程範圍內自由運動的控制方式，直接通過電腦控制的高精度載物台機構，不僅僅實現了操作的便利性，同時也為精密尺寸測量（如塗鍍層厚度、金相分析及硬度梯度等）及金屬結構組織分析提供了更精準的分析手段。
3．2．8升降系統
利用高超的精研技術，使同軸度高達3um的升降軸機構，能夠完成極其微小而薄的試件的精密測試，同時也提高了運動的平穩性以及操作的舒適性。
3．2．9數據處理系統
簡單易懂的數據處理系統，通過圖像處理系統的緊密配合，能夠在電腦中清晰無誤的採集壓痕，輕鬆的完成硬度測試。如果配合自動運動控制系統，數據處理系統還能完成定尺寸的自動硬度測試，通過多次打壓，精準的完成硬度測試曲線等。
3．2．10顯示模塊
觸摸式的操作手段（只有第七代硬度計可配）或超大的數顯全中文液晶顯示器，讓初學者也能很快完成簡單的硬度測試工作。
3．2．11電路模塊
公司採用最新電子技術開發的電路控制模塊，具有可持續升級功能，能夠通過簡單的控制按鈕完成包括廁微目鏡、塔台、自動化平台及後續高級自動化控制移動技術的操作，為將來的升級預留了可發展的空間。
顯微硬度計的使用與操作
4．1顯微硬度計使用前的準備與檢查
4．1．1對測試平台、試件以及測微目鏡要保持足夠的清潔，使用前應用合適的清潔劑對試件進行除污與除濕處理，同時要用脫脂棉或者其它綢布擦拭測試平台及用酒精擦拭測微目鏡。
4．1．2用水平泡檢查儀器是否安放水平，是否由於周邊環境振動影響了平台水平。
4．1．3檢查砝碼是否安放平穩，每次測試之前最後先平穩的對實驗力選擇手柄進行一次實驗力加卸操作，以保持可能由於周邊環境或者人為移動機器造成的砝碼偏移。
4．1．4檢查塔台定位是否精準，每次測試之前，要對兩個物鏡和壓頭的定位進行檢查，看是否出現偏移，如果出現偏移，可以通過調整電機步數進行重新定位。
4．2顯微硬度計操作面板的功能介紹
顯微硬度計操作面板包括11個主功能鍵（啟動、壓頭、物鏡、取消、下調節鍵、確認（ok）、上調節鍵、清零、顯示、列印和菜單等）以及系統參數狀態表。如下圖示：
4．2．1「啟動」鍵主要用於硬度計對試件的加卸荷操作，當選擇啟動按鍵後塔台自動歸整到壓頭位置，並驅動加卸荷組對試件進行載入和卸載操作，完成後自動歸整到測試物鏡位置，進行觀察和測量。
4．2．2「壓頭」鍵主要用於旋轉壓頭到指定位置。
4．2．3「物鏡」鍵主要用於對10X和40X物鏡進行切換。
4．2．4「取消」鍵主要用於對當前界面返回上一級菜單的操作。
4．2．5「下調節鍵」主要用於對當前選擇的數據進行減少或增加操作，或者對次級菜單功能進行選擇。
4．2．6「確認（ok）」鍵主要用於對當前的功能或者數據進行選擇確認。
4．2．7「上調節鍵」主要用於對當前選擇的數據進行減少或增加操作，或者對次級菜單功能進行選擇。
4．2．8「清零」鍵主要用於對編碼器讀取的數據進行歸零操作。
4．2．9「顯示」鍵主要用於對次級菜單的顯示。
4．2．10「列印」鍵主要用於對當前數據進行列印或者對選擇的先前數據進行列印處理。如下圖示：
4．2．11「菜單」鍵主要用於對次級目錄的顯示。
4．2．12系統參數狀態表主要包括：
塔台位置：10X、40X物鏡或壓頭位置的顯示確認。
實驗力值：顯示當前的實驗力值。
測量次數：顯示當前用戶剩餘的可用測量次數。
載入時間：顯示當前選擇的加卸載時間。
Δd1和Δd2：顯示當前編碼器讀取到的測試壓痕的對角線長度值。
硬度值HV或HK：顯示當前測試得到的試件的硬度值。
HRC：當前選擇的標尺。
印表機：當前的印表機狀態。
照明亮度：當前選擇的照明亮度百分比，可0-100%無級調節。
系統時鐘：顯示當前的日期及試件。
4．2．13次級菜單主要包括：
A菜單鍵（如下圖示）包括：
硬度測量次數的設置：可1-99次範圍內任意設置。通過上下調節鍵選擇任意一個次數，然後選擇「ok」按鍵確認即可。如下圖示：
實驗力載入時間設置：可0-99秒範圍內任意設置。通過上下調節鍵選擇任意一個時間，然後選擇「ok」按鍵確認即可。通常按照國家標準規定選擇10-15秒載入時間為最佳狀態。如下圖示：
物鏡照明亮度設置：可0-100%範圍內無級調節。通過上下調節鍵選擇任意一個百分比，然後選擇「ok」按鍵確認即可。如下圖示：
系統時鐘設置：通過上下調節鍵選擇年，然後按「ok」按鍵進行數據確認，系統會自動跳到月份選擇部分，同理進行月份、日、小時、分鐘和秒數的設置，設置完成後直接按「ok」鍵進行確認即可。如下圖示：
電動塔台校準：主要用於對塔台的定位進行校準，以解決物鏡與壓頭旋轉之後的同點問題。當選擇此功能後，如果物鏡或者壓頭的位置正確，則系統會自動發出「嘀嘀嘀」的響聲並顯示「XXX位置調整合適」提示，如果物鏡或者壓頭的位置偏離，則系統不會發出聲音並顯示「請微調塔台感測器」。技術人員在出廠之前已經對塔台進行過精密的調整，如果由於使用時期過長或者其它人為因素造成定位出現偏離，請通過此功能的電機步數的調整進行塔台校準。在選擇此功能之後，只需通過上下調節鍵進行步數調整，調整到發出「嘀嘀嘀」的響聲並顯示「XXX位置調整合適」提示的界面後，直接按「ok」鍵進行確認即可。但是調整時請注意，由於總的驅動步數是固定的，請按照界面提示，把每個物鏡和壓頭以及空位都要進行調整確認。此功能請慎用。如下圖示：
B顯示鍵（如下圖示）包括：
切換用戶：可選擇1-5個用戶中的任意一個進行數據儲存。通過上下調節鍵選擇任意一個用戶，然後選擇「ok」按鍵確認即可。
選擇HV：選擇用戶所要進行的測試目的。直接按「ok」鍵進行確認。
選擇HK：選擇用戶所要進行的測試目的。直接按「ok」鍵進行確認。
標尺換算：包含14個標尺的選擇。HV、HK、HRA、HRB、HRC、HR15T、HR30T、HR45T、HR15N、HR30N、HR45N、HBS、BHW及碳鋼等。通過上下調節鍵選擇任意一個標尺，然後選擇「ok」按鍵確認即可。
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