一種超顯微硬度標準塊的研制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機械技術領域，涉及一種超顯微硬度標準塊的研制方法。
技術背景
[0002]硬度計量專業(yè)歷史悠久，我國通過幾十年的努力，在宏觀硬度測試領域已建立起較為全面的硬度標準體系。由于宏觀硬度中的顯微硬度測試最小也只能達到0.4903N的試驗力，只適用于較大尺寸試樣的硬度測試，隨著現(xiàn)代材料表面工程氣相沉積、濺射、離子注入等材料的發(fā)展，試樣本身或表面改性層厚度越來越小。傳統(tǒng)的宏觀硬度測試已無法滿足此項要求，只有進行0.4903N以下試驗力的微觀硬度測試才可將此變?yōu)楝F(xiàn)實。要想進行微小力下的硬度測試研宄，首先就需要有相應的硬度標準塊作為載體，因而開展0.4903N以下超顯微硬度標準塊的研制是解決微觀硬度測試問題的第一步，也是重中之重。超顯微硬度標準塊的研制就是在這個需求下產(chǎn)生的。由于超顯微硬度所施加的試驗力屬于微小試驗力范疇，在硬度標準塊表面產(chǎn)生的壓痕很小，對測量系統(tǒng)和硬度標準塊的各項技術指標都有極高的要求，也對相應的超顯微硬度標準塊研制工藝提出了挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是突破現(xiàn)有技術局限，提供一種超顯微硬度標準塊的研制方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的。
[0005]一種超顯微硬度標準塊的研制方法，其特征在于:其操作步驟包括:
[0006]步驟一、選材。采用軸承鋼，其出廠硬度范圍為(400，600)HB(Hardness Brinell,布氏硬度)，其退火后硬度低于225布氏硬度。在投料前，先進行化學成分分析、金相組織檢查和低倍組織檢查，如果檢查結果均符合美國鋼鐵材料學會標準(AISI)的要求，則可將其作為所述超顯微硬度標準塊的原材料。
[0007]所述軸承鋼為E52100軸承鋼。
[0008]步驟二、對步驟一選取的原材料進行鍛打、退火、淬火、回火、平磨、研磨、拋光、去應力工藝處理，得到超顯微標準硬度塊。具體操作步驟為:
[0009]步驟1:鍛打。加溫設備采用箱式爐或者鹽浴爐，預熱溫度控制在1100°C (攝氏度)，保溫15分鐘；鍛打溫度控制:始鍛溫度1100°C，終鍛溫度不低于70(TC。連續(xù)反復墩粗拔長15次以后成型，得到圓柱形硬度塊。圓柱形硬度塊的截面直徑不小于Φ28_(毫米)。鍛打成型后在不低于700°C的溫度下，迅速放入沙槽或者灰槽保溫冷卻。
[0010]步驟2:退火。鍛打后的圓柱形硬度塊硬度在(350，450)HB范圍內，進行預退火才適合加工；把圓柱形硬度塊放入網(wǎng)帶爐進行一次退火，加熱溫度850°C，加溫時間2小時，隨爐冷至250 °C以下出爐空冷。
[0011]步驟3:淬火。選用箱式爐或者鹽浴爐將退火后的硬度塊直接加熱到溫度950°C，保溫I小時，淬火介質選用水淬，水溫保持在[40，50] 0C，冷透為止。
[0012]步驟4:回火。選用馬弗爐進行回火，溫度點為200°C、300°C、450°C，分別保溫2小時，然后出爐空冷至完全冷卻。
[0013]步驟5:平磨。由于空冷后氧化皮很多，先把回火后的硬度塊的2個平面磨平，再把工作面和支撐面進行精磨，其平面度不大于0.003mm,平行度不大于0.005mm。
[0014]步驟6:研磨。先對平磨后的硬度塊進行粗研磨到把工作面和支撐面的所有機加紋路清除，并保證其平行度不大于0.005mm ;再精研磨到?jīng)]有劃痕線，并保證其平面度不大于 0.003mm。
[0015]步驟7:拋光。對研磨后的硬度塊先粗拋光，再精拋光至工作面粗糙度小于0.03 μm(微米)以下。
[0016]步驟8:去應力。把拋光后的硬度塊放入恒溫箱，用170°C的溫度，保溫8小時以上，除去加工應力。
[0017]經(jīng)過上述步驟的操作，得到超顯微硬度標準塊，其硬度值低于175HV，標尺范圍為(0.0005,0.05)HV。
[0018]有益效果
[0019]本發(fā)明提供的超顯微硬度標準塊的研制方法，用該方法得到的超顯微硬度標準塊，其硬度值低于175HV，標尺范圍為(0.0005，0.05) HV，并且很好的解決了均勻性、穩(wěn)定性、表面粗糙度等技術瓶頸，超顯微硬度標準塊不僅滿足計量檢定規(guī)程等國內外標準的要求，而且為超顯微硬度測試技術的的研宄提供了基礎和依據(jù)。
【具體實施方式】
[0020]下面通過具體實施例對本發(fā)明技術方案做進一步描述。
[0021]本實施例采用所述超顯微硬度標準塊的研制方法制作超顯微硬度標準塊，其操作步驟包括:
[0022]步驟一、選材。采用E52100軸承鋼，其出廠硬度范圍為(400，600) HB，其退火后硬度低于225布氏硬度。在投料前，先進行化學成分分析、金相組織檢查和低倍組織檢查，如果檢查結果均符合美國鋼鐵材料學會標準(AISI)的要求，則可將其作為所述超顯微硬度標準塊的原材料。
[0023]步驟二、對步驟一選取的原材料進行鍛打、退火、淬火、回火、平磨、研磨、拋光、去應力工藝處理，得到超顯微標準硬度塊。具體操作步驟為:
[0024]步驟1:鍛打。加溫設備采用箱式爐或者鹽浴爐，預熱溫度控制在1100°C (攝氏度)，保溫15分鐘；鍛打溫度控制:始鍛溫度1100°C，終鍛溫度不低于70(TC。連續(xù)反復墩粗拔長15次以后成型，得到圓柱形硬度塊。圓柱形硬度塊的截面直徑不小于Φ28_(毫米)。鍛打成型后在不低于700°C的溫度下，迅速放入沙槽或者灰槽保溫冷卻。
[0025]步驟2:退火。鍛打后的圓柱形硬度塊硬度在(350，450)HB范圍內，進行預退火才適合加工；把圓柱形硬度塊放入網(wǎng)帶爐進行一次退火，加熱溫度850°C，加溫時間2小時，隨爐冷至250 °C以下出爐空冷。
[0026]步驟3:淬火。選用箱式爐或者鹽浴爐將退火后的硬度塊直接加熱到溫度950°C，保溫I小時，淬火介質選用水淬，水溫保持在[40，50] 0C，冷透為止。
[0027]步驟4:回火。選用馬弗爐進行回火，溫度點為200°C、300°C、450°C，分別保溫2小時，然后出爐空冷至完全冷卻。
[0028]步驟5:平磨。由于空冷后氧化皮很多，先把回火后的硬度塊的2個平面磨平，再把工作面和支撐面進行精磨，其平面度不大于0.003mm,平行度不大于0.005mm。
[0029]步驟6:研磨。先對平磨后的硬度塊進行粗研磨到把工作面和支撐面的所有機加紋路清除，并保證其平行度不大于0.005mm ;再精研磨到?jīng)]有劃痕線，并保證其平面度不大于 0.003mm。
[0030]步驟7:拋光。對研磨后的硬度塊先粗拋光，再精拋光至工作面粗糙度小于0.03 μm 以下。
[0031]步驟8:去應力。把拋光后的硬度塊放入恒溫箱，用170°C的溫度，保溫8小時以上，除去加工應力。
[0032]經(jīng)過上述步驟的操作，得到超顯微硬度標準塊，其硬度值低于175HV，標尺范圍為(0.0005,0.05)HV。
【主權項】
1.一種超顯微硬度標準塊的研制方法，其特征在于:其操作步驟包括: 步驟一、選材；采用軸承鋼，其出廠硬度范圍為(400，600)HB，其退火后硬度低于225HB ;在投料前，先進行化學成分分析、金相組織檢查和低倍組織檢查，如果檢查結果均符合美國鋼鐵材料學會標準AISI的要求，則將其作為所述超顯微硬度標準塊的原材料； 步驟二、對步驟一選取的原材料進行鍛打、退火、淬火、回火、平磨、研磨、拋光、去應力工藝處理，得到超顯微標準硬度塊。
2.如權利要求1所述一種超顯微硬度標準塊的研制方法，其特征在于:步驟一中所述軸承鋼為E52100軸承鋼。
3.如權利要求1或2所述一種超顯微硬度標準塊的研制方法，其特征在于:步驟二中所述鍛打，具體為:加溫設備采用箱式爐或者鹽浴爐，預熱溫度控制在1100°c，保溫15分鐘；鍛打溫度控制:始鍛溫度1100°C，終鍛溫度不低于700°C ;連續(xù)反復墩粗拔長15次以后成型，得到圓柱形硬度塊；圓柱形硬度塊的截面直徑不小于?28mm;鍛打成型后在不低于700 0C的溫度下，迅速放入沙槽或者灰槽保溫冷卻。
4.如權利要求1或2所述一種超顯微硬度標準塊的研制方法，其特征在于:步驟二中所述退火，具體為:把鍛打后的圓柱形硬度塊放入網(wǎng)帶爐進行一次退火，加熱溫度850°C，加溫時間2小時，隨爐冷至250°C以下出爐空冷。
5.如權利要求1或2所述一種超顯微硬度標準塊的研制方法，其特征在于:步驟二中所述淬火，具體為:選用箱式爐或者鹽浴爐將退火后的硬度塊直接加熱到溫度950°C，保溫I小時，淬火介質選用水淬，水溫保持在[40，50] 0C，冷透為止。
6.如權利要求1或2所述一種超顯微硬度標準塊的研制方法，其特征在于:步驟二中所述回火，具體為:選用馬弗爐進行回火，溫度點為200°C、300°C、45(rC，分別保溫2小時，然后出爐空冷至完全冷卻。
7.如權利要求1或2所述一種超顯微硬度標準塊的研制方法，其特征在于:步驟二中所述平磨，具體為:先把回火后的硬度塊的2個平面磨平，再把工作面和支撐面進行精磨，其平面度不大于0.003mm,平行度不大于0.005mm。
8.如權利要求1或2所述一種超顯微硬度標準塊的研制方法，其特征在于:步驟二中所述研磨，具體為:先對平磨后的硬度塊進行粗研磨到把工作面和支撐面的所有機加紋路清除，并保證其平行度不大于0.005mm ;再精研磨到?jīng)]有劃痕線，并保證其平面度不大于0.003mm。
9.如權利要求1或2所述一種超顯微硬度標準塊的研制方法，其特征在于:步驟二中所述拋光，具體為:對研磨后的硬度塊先粗拋光，再精拋光至工作面粗糙度小于0.03μπι以下。
10.如權利要求1或2所述一種超顯微硬度標準塊的研制方法，其特征在于:步驟二中所述去應力，具體為:把拋光后的硬度塊放入恒溫箱，用170°C的溫度，保溫8小時以上，除去加工應力。
【專利摘要】本發(fā)明屬于機械技術領域，具體涉及一種超顯微硬度標準塊的研制方法。該方法選擇E52100軸承鋼作為硬度塊的原材料，其標尺范圍為HV0.0005～HV0.05。該研制方法包括鍛打、退火、淬火、回火、平磨、研磨、拋光等工藝。與宏觀顯微硬度塊相比，所制得的超顯微硬度標準塊具有更加良好的均勻性、穩(wěn)定性和工作表面粗糙度，其工作面和支撐面不含有銹蝕、裂縫、擦傷和劃痕等缺陷。通過該方法研制的超顯微標準硬度塊，不僅滿足計量檢定規(guī)程等國內外標準的要求，而且為超顯微硬度測試技術的研究提供了基礎和依據(jù)。
【IPC分類】G01N3-62, G01N1-28
【公開號】CN104568636
【申請?zhí)枴緾N201410817563
【發(fā)明人】李金穎, 石偉
【申請人】中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月24日