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由于球壓試驗受外部條件影響的因素較多，如溫度、時間。壓痕直徑有時在1 mm之內(nèi)，對于很小的距離而言，對壓痕的測量點的選擇不同，使用不同的測量儀器都可能得到不同的測試數(shù)據(jù)，產(chǎn)生差異，所以球壓試驗也常被作為試驗室間的比對試驗項目及國際比對試驗項目。但在低壓試驗室常用的標(biāo)準(zhǔn)如GB16917.1—2003和IEC61009—1∶1996的條款9.14耐熱試驗中并未詳細(xì)講解球壓試驗的過程和壓痕直徑的測量方法。本文將針對球壓試驗進(jìn)行詳細(xì)講解和分析，探討對壓痕邊界的確定方法。
1 球壓試驗的儀器準(zhǔn)備和試驗過程
1.1 儀器設(shè)備
應(yīng)準(zhǔn)備符合標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗儀器設(shè)備：球壓試驗裝置、鼓風(fēng)干燥箱、溫度數(shù)據(jù)記錄儀、測量壓痕用的顯微鏡或投影儀等、記錄時間的電子秒表或其他有效計時儀器。所有設(shè)備都確保在有效期內(nèi)使用。
應(yīng)注意球壓試驗裝置的末端應(yīng)為完整球形，不可采用不完整球形，如圖1所示。而以前所用的球壓試驗裝置如圖2所示，因為其末端為不完整球形，所以固定的錐面很大程度會影響產(chǎn)生壓痕的大小。鼓風(fēng)干燥箱的容積/體積也應(yīng)詳細(xì)記錄。
1.2 試驗過程
將球壓試驗裝置和樣品支架一并放入加熱箱。在預(yù)定放樣品處放好熱電偶，使用熱電偶是因為很多加熱箱的指示溫度和箱內(nèi)的實際溫度并不一致，尤其是樣塊附近處的溫度更應(yīng)準(zhǔn)確測量。設(shè)定加熱箱溫度為要求溫度，設(shè)定加熱箱工作時間為24 h。試驗室的經(jīng)驗交流中也規(guī)定了對于200 ℃以上的溫度，往往需要13 h以上的預(yù)熱時間。對加熱箱工作過程中檢驗員應(yīng)多次記錄箱內(nèi)實際的溫度變化情況，以便知道箱內(nèi)溫度何時達(dá)到熱平衡。
事先將支架放入加熱箱是為了減少支架帶給試驗結(jié)果的影響，如果等加熱箱達(dá)到熱平衡后才放入支架，支架要吸收大量的熱，延長加熱箱下一次達(dá)到熱平衡的時間，減小了樣品在試驗溫度下的作用時間，降低了試驗的嚴(yán)酷條件。
頻繁記錄加熱箱內(nèi)溫度，待達(dá)到熱平衡后，在該時刻t+10s時打開加熱箱，把樣品放進(jìn)箱內(nèi)的支架上并壓好球壓裝置。繼續(xù)記錄溫度變化過程。IEC 60695—10—2∶2003對試驗樣品有嚴(yán)格的規(guī)定，所以放入箱內(nèi)的樣塊應(yīng)滿足該要求：厚度≥ 2.5 mm;試驗樣品應(yīng)為邊長≥ 10 mm 的正方形或直徑≥ 10 mm 的圓，厚度為(3.0±0.5)mm ，表面應(yīng)平整。
開箱后，箱內(nèi)的溫度急劇下降，關(guān)箱后箱內(nèi)溫度需要重新調(diào)節(jié)平衡，為減少開箱造成的溫度波動幅度，要注意應(yīng)盡可能地縮短開箱時間，也要減小剛達(dá)到設(shè)定溫度時的上沖溫度，具體做法：關(guān)箱后可把加熱箱的設(shè)定溫度調(diào)到略低于試驗溫度，當(dāng)達(dá)到指定溫度時再把加熱箱的設(shè)定溫度設(shè)定到試驗溫度。放置樣品要確保球壓裝置在樣品上不再產(chǎn)生任何移動。也就是說鼓風(fēng)干燥試驗箱的熱空氣循環(huán)流動不允許干擾放置樣品的中央位置，熱氣流應(yīng)沿箱邊緣流動，放置區(qū)域的溫度必須均勻一致;箱門的關(guān)閉不能造成球壓裝置在樣品上的位移，否則壓痕必有重印，影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。
2 測量壓痕
試驗中最重要也是最難的一步就是壓痕測量。經(jīng)過規(guī)定的試驗時間后，從樣品上移開球壓試驗裝置，在10 s內(nèi)(注意記錄時間)將試品浸入室溫下的水中。為了使樣品接近室溫，在水中冷卻的時間允許不超過10 min，除去水痕，要在從水中移出的3 min內(nèi)測量壓痕直徑d。理論上：壓痕直徑為兩切點最大間距，切點是球壓裝置末端的球面于壓痕凹面的幾何相切。常見的壓痕形式有圓和非圓兩種，如圖3、圖4 所示。壓痕直徑的確定依賴于壓痕邊界的確定，而邊界的確定依賴于測量手段：使用數(shù)字游標(biāo)卡尺的結(jié)果離散性較大;精密投影儀針對的是橫切切片，不可橫切的球壓樣品只能透射投影測量，投影屏上的圓形陰影的邊界仍難確定。較理想的設(shè)備是具備合適光度條件(發(fā)光強(qiáng)度、入射角度)輔助照明的讀數(shù)顯微鏡，如測量儀器應(yīng)具有10 倍放大倍數(shù)，裝有被測量的標(biāo)線或正交位移線的測量平臺，且有一個燈裝置用來照亮測量的壓痕表面。由于要在從水中移出的3 min內(nèi)測量壓痕直徑，規(guī)定的時間很短，在樣品將取出前應(yīng)將顯微鏡調(diào)整好，以便在規(guī)定時間內(nèi)順利測量壓痕。注意取出樣品的每一步規(guī)定的時間范圍，用秒表記錄。
壓痕的測量應(yīng)從壓力球和樣品表面相切處進(jìn)行測量，測量時應(yīng)扣除材料變形部分的尺寸。對于非圓壓痕，如其剖面可能呈“U/V/M”形的壓痕直徑應(yīng)在壓痕直徑的最大部位來測量。
從實際操作中知道，如圖3、圖4 所示的這種剖面圖是理想化的測量狀態(tài)，在實際操作中不可能有縱向或橫向的剖面圖來確定壓痕的邊界，因此我們提出三種確定壓痕邊界的方法：①用有色印油涂在壓痕上，顯出壓痕邊界或在樣品壓痕面蒙一層薄的白紙，用鉛筆在紙上輕輕描出邊緣痕跡，用讀數(shù)顯微鏡測量最大值，最小值，然后取中間值作為測試結(jié)果。②從認(rèn)證認(rèn)可角度，采取最嚴(yán)酷的辦法：取其最大壓痕，作為最終結(jié)果(在目前的國際比對試驗中，基本采用這種方法)。實際的壓痕必然在這個最大值內(nèi)。③可以使用直接精確成像和讀取壓痕直徑數(shù)據(jù)的設(shè)備如硬度計。但這類無損檢測(Non-destructive testing)設(shè)備一般價格高昂，如果是檢測機(jī)構(gòu)恰好有該類設(shè)備則可應(yīng)用于測量壓痕;如果沒有，則應(yīng)參考前者選用合適放大倍數(shù)的顯微鏡或卡尺，選取準(zhǔn)確的壓痕邊緣，確定直徑范圍。
既然標(biāo)準(zhǔn)要求在從水中移出的3 min內(nèi)測量壓痕直徑，所以讀數(shù)顯微鏡、投影儀硬件的準(zhǔn)備很重要，應(yīng)多次熟練顯微鏡或投影儀的操作，以變在試驗后能準(zhǔn)備好隨時測量。 試驗后最好能記錄(手繪)材料變形示意圖。
3 結(jié)束語
球壓試驗看似簡單，實則不然，要確保球壓試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性就要嚴(yán)格依照標(biāo)準(zhǔn)要求，提前準(zhǔn)備好設(shè)備和記錄，多考慮試驗過程中的各種因素對檢測結(jié)
