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活塞环硬度的准确测量2
一般小于10μm之薄膜硬度测定值受到下列因素影响：一是受过渡层的影响较大。为加强膜基界面结合强度，提高表面硬度测定值，并在磨损过程中给予薄 膜强有力的支承，在工艺上采用过渡层，例如活塞环陶瓷薄膜常用氮化、镀铬；TiN金属陶瓷环常用氮化、纯Ti层、Ni-W等作过渡层。由于显微硬度测定值 是薄膜、界面、基体硬度的综合反映，所以有无过渡层、过渡层本身的硬度、弹性模量作为界面和基体一样直接影响到表面硬度的测定，十分明显，比基体硬度高的 过渡层，将提高表面硬度的测定值；二是薄膜本身硬度、弹性模量、厚度及表面粗糙度影响；三是界面层的强度、弹性模量及膜基界面结合强度；四是试验手段，如 载荷、压头形状等。
上述中对PVD薄膜显微硬度影响工艺因素，首先是适当的负偏压和真空度对膜层组织结构和性能有重要影响。例如Ti2N比TiN有更高的硬度和耐磨 性，形成适量Ti2N需要适当的负偏压和真空度。其次在动态参数控制下沉积的膜层形态表现为层状分布特征，膜层具有较高的致密性、显微硬度及良好的耐磨 性。
对复合分散镀表面硬度影响工艺因素与基质、分散粒子及其加入量、热处理有关。例如硬度值高的SiC（2500HV）就容易得到较高的表面硬度 值；N-P复合镀经400℃热处理就得到较高的镀层硬度。 应指出对小于10μm的薄膜表面处理层，不能单用显微硬度来表示耐磨性能，因为薄膜的组成、结 构、性能不同，特别对其中具有自润滑性能的，它不一定具有高的显微硬度，但有良好的耐磨减磨性能。对表面硬度而言，它仍有一个适合的范围，这一适合的范围 正是我们要探求的。
测定环硬度操作应注意事项
1 试样（特别是毛坯）应加工到成品高度及应有的表面粗糙度。
对铸铁环一般小环（环直径小于70）的毛坯环高常为3mm，而成品高为≤1.5mm，部分工厂常对试样高度磨至大于1.5mm，有时达2mm多，这 样使测出的硬度值往往高出0.5~1个单位。环样表面不能有粗车刀纹，其表面粗糙度应为Ra0.8μm，否则，测试结果会不准确。
一般对钢质环维氏硬度试样表面粗糙度要求Ra0.4μm以下；沧州欧谱钢质环成品的表面粗糙度要求在Ra0.2μm以下。
2 被测活塞环试样的基准面（环样的下侧面）在工作台上要稳实放置并保证试验中试样不产生位移，为此环样不能挠曲或部分架空，基准面不能有毛刺，此面与工作台面应清洁且无其它污物（氧化皮、油脂、灰尘等）。
3 使压头与试样表面接触，垂直于试验面施加试验力，加力过程中不应有冲击和振动，直至将试验力施加至规定值。洛氏硬度压力类型、所加载荷及经常测量活塞环的范围参见表1。
说明：由于铸铁活塞环广泛使用HRB测定，其实际测定范围已超出其常规测量的25~100范围。 测定维氏硬度时必须在要求的试验力范围内施加规定 的试验力，其试验力从5~100kgf（约50~1000N）范围内变化，应根据要求进行选择。对氮化钢质活塞环，由于渗氮层很薄，通常用维氏硬度计 （HV）进行测量时，选择试验力应根据渗氮层深度进行选择。
经过表面处理的钢质活塞环，毛坯一般选用维氏硬度5kgf（49.03N）试验力；成品钢质环选用小负荷维氏硬度0.2kgf（1.961N）试验力。测量薄膜一般加载用HV0.1、HV1.0、HV0.050三种之一.
测试维氏硬度时，从加试验力开始至全部试验力施加完毕时间应在2~10s之间。对于小负荷维氏硬度试验和显微维氏硬度试验，压实下降速度应不大于0.2mm/s，试验力保持为10~15s。对于特殊材料，试验力保持时间可以延长，但误差在±2s之内。
4 整体铸铁油环不宜测定硬度值，因为油槽油孔的结构，导致不能准确测出硬度值。对于环高低于1.5mm的铸铁环，测量硬度的工作台面中心不能有凹坑，如有凹 坑则测量时应添加一定刚度的垫片，将环样放置在垫片上测试（垫片应有较好的平行度，其表面粗糙度在Ra0.8μm以下），否则测定的硬度值会偏低，可能低 1~2个HRB单位，甚至环被压断。
5 布氏硬度超过350HB时，钢球的硬质合金球测得的结果，可能有明显不同，因此测定位于350~450HB的布氏硬度应注明所用压头；
6 在整个试验期间，硬度计应避免受到冲击和振动。硬度计在受震状态，指针震动时不能测量硬度值；
7 拆洗硬度计或在维护硬度计加油后，应让硬度计运转多次后并经二级标准硬度试块测定，测得标块硬度值在±1个硬度单位范围内才可正式测量。一般每天上班测的第一点硬度值不能正式计数；更换压头（例如换钢珠）测试的前三点不能正式计数，往后测得的测定值才正式计数。
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