ASTM E384 材料微壓痕硬度的標準測試方法

美國材料與試驗協會 (ASTM) 制定的 ASTM E384 標準材料顯微壓痕硬度試驗方法描述了一種測定材料顯微壓痕硬度的試驗方法。本試驗方法包括使用努氏壓痕儀和維氏壓痕儀在 9,8 x ^10⁻³至 9,8 N (1 至 1000 gf)的試驗力範圍內進行的顯微壓痕試驗。

此測試方法包括分析微壓痕測試期間可能出現的潛在錯誤來源以及這些因素如何影響測試結果的敏感度、偏差、重複性和再現性。

有關測試機的直接驗證和校準要求以及維氏和努氏參考硬度試塊的生產和校準要求的資訊包含在標準「ASTM E92 金屬材料維氏硬度和努氏硬度的標準測試方法」中。

與傳統的體積壓痕硬度測試相比，此測試方法的硬度值是根據使用相對較小的力形成的非常小的壓痕來確定的。使用專門設計的測試機，將由特定幾何形狀的鑽石製成的努氏或維氏壓頭，在1至1000 gf的力下壓在試樣表面。

使用配備有絲狀透鏡或其他測量裝置的光學顯微鏡測量壓痕的尺寸。努氏硬度值是將力除以壓痕的投影面積而得的。維氏硬度值是將力除以壓痕的表面積得到的。

當壓頭在一個加載循環後移除時，通常假設不會發生彈性恢復，這意味著在力移除後，壓頭會保持其形狀，但這並非總是如此。在努氏試驗中，壓痕長對角線與短對角線的比率通常假設與壓頭相同，但由於彈性恢復，這並非總是如此。

硬度測試已被證明對材料評估、製造流程品質控制以及研發工作非常有用。儘管硬度本質上是實驗性的，但它與許多金屬和合金的抗拉強度相關，也是機械加工性、耐磨性、韌性和延展性的指標。

微壓痕試驗用於評估和測量在小距離內發生的硬度變化。這些變化可能是有意為之，由局部表面硬化製程（例如噴丸、冷拔、火焰淬火、感應淬火或滲碳、滲氮或碳氮共滲）引起。也可能是無意為之，由滲碳、使用過程中的局部軟化或成分/微觀結構偏析等問題所引起。低試驗力還可以將硬度測試擴展到因厚度過薄或過小而無法進行宏觀壓痕測試的材料。微壓痕試驗可以對特定相、成分以及因尺寸過小而無法通過宏觀壓痕測試評估的區域或斜面進行硬度測試。

由於微壓痕硬度測試揭示了大多數材料常見的硬度變化，因此單一測試值可能無法代表整體硬度。 1000 gf 的維氏硬度測試可用於測定整體硬度，但與任何硬度測試一樣，建議進行一系列壓痕測試，並根據需要或情況計算平均值和標準差。

微壓痕硬度測試通常用於測量微小距離內的硬度變化。需要非常小的物理壓痕來確定這些差異。在極低試驗力下產生壓痕的測試設備必須精心設計，以便將試驗力精確施加到預定位置，並且必須配備高品質的光學系統，以精確測量小壓痕的對角線。此處定義的試驗力範圍上限內的試驗力可用於評估整體硬度。

一般來說，維氏壓痕更適合測定整體（平均）特性，因為維氏硬度不會隨著試驗力在 25 至 1000 gf 之間的變化而變化，因為壓痕幾何形狀是壓痕深度的函數。然而，努普壓痕的幾何形狀隨深度變化並不均勻，努普硬度會在整個試驗力範圍內（以及更高範圍內）發生變化，尤其是在最高試驗力 200 gf 時。

ASTM E384 標準之所以重要的主要原因是：

• 材料特性：提供一種精確的方法來測量材料的非常小的區域或薄部分的硬度，以了解材料的特性。
• 品質控制：製造商使用此標準來確保其產品符合硬度規格，特別是對於塗層、薄膜和小型零件。
• 研究與開發：科學家和工程師依賴此標準來研究不同的處理或製程如何在微觀層面上影響材料硬度。
• 一致性和可比性：ASTM E384 標準建立了標準化程序和條件，確保結果在不同的實驗室和產業之間可靠且可比較。

簡而言之，當工程、製造或研究目的需要準確、一致的顯微硬度測量時，ASTM E384 標準至關重要。

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