硬度測定儀生產項目的可行性分析報告一、概況1、項目負責人：王昌益；地址：蓬萊市三里橋西區5號樓；郵政編碼：265600；聯系電話手機王昌益是專利權人或發明人，也是本項目可行性報告編制人；所屬行業：測試工具制造行業。2、項目基本情況⑴、項目名稱：硬度測試儀。⑵、項目類型：開發生產、加工制造。⑶、項目屬性：新科技發明項目轉化性質。⑷、主要工作內容：加工制造一種能夠準確測定材料硬度的工具。⑸、預期目標制造一種精確測定工程材料、巖石、礦物硬度的儀器，填補世界上不存在精確測定硬度的理論方法和儀器工具的空白，為市場提供一種新產品，滿足各種生產中和質量檢測中硬度測試的需要。另外，由于本發明的硬度概念與材料性質概念統一起來了，所測定的硬度數據可以直接用于強度計算。⑹、項目現狀該項目屬于一種基于新理論而創造的新發明，2016年3月21日剛授權。發明人是王昌益。該項目的現狀處于招商合作開發生產階段。⑺、合作方式方式一：專利權全權轉讓，將發明權和發明內容一次性轉讓給有能力的人來開發生產、進一步開發改善。一次性轉讓金額300萬元人民幣。第二種方式：專利權部分轉讓，僅授予開發人開發生產權。開發生產人員一次性付專利轉讓費，獲得生產權和發明內容后自行生產。部分轉讓額50萬元。第三種方式：開發生產。甲方（王昌益）投入專利，乙方（投資商）出資金，共同研發生產，利潤分成。分成比例：甲方40%，乙方60%．⑻、項目前景預測該項目具有投資小、見效快、社會經濟效益大、風險低的特點，屬于國家政策扶持范疇的新科技項目，具有很好的發展前景。長期以來，在世界范圍內，由傳統理論的不科學性所決定，硬度概念始終不清楚，人們始終不明確硬度的本質含義，始終沒有確定一種能夠準確測定硬度的方法。所采用的硬度測定方法非常粗略，一般都是大致確定一個硬度范圍，而不能準確確定硬度的精確值。例如，摩氏方法（摩氏硬度計），用已知硬度的礦物（如滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長石、石英、黃玉、剛玉、金剛石）刻劃被測定礦物，從而大致確定礦物和巖石的硬度范圍。即，觀察被刻劃礦物表面有無刻痕，若有刻痕，則被刻樣品硬度小于已知硬度礦物的硬度（硬度計）。例如某礦物能被石英所刻動，但不能被長石所刻動，則礦物的硬度必介于6－7之間，該礦物的硬度可以大致確定為6.5。這種硬度探測、分析、計算方法具有大致性、不精確性。其它硬度計的工作原理是在其他傳統硬度概念基礎上產生的，也具有一定的不科學問題。例如，由瑞士LEEB博士1978年首次提出的硬度測量方法，叫里氏硬度計。這種硬度的定義是:用規定質量的沖擊體在彈力作用下以一定速度沖擊試樣表面，用沖頭在距離試樣表面1mm處的回彈速度與沖擊速度之比計算出的數值。根據作用學研究發現：里氏硬度仍然具有科學缺陷。其一、硬度的科學概念是：材料在一定作用下表現出來的不可變形程度。而里氏硬度的工作原理是依據如下概念產生的：回彈速度與沖擊速度之比值等于材料的硬度。雖然這個概念與客觀規律具有一致性，但由于速度測量存在的誤差較大，使得測試結果存在的誤差較大。其二、、里氏硬度用于測試硬度的沖擊作用物體不是標準的最硬物體，使其適用范圍比較狹窄。第四，里氏硬度計的制造成本較高。該項目是新發明的硬度測試理論方法與工具，克服了過去所有一些硬度測量方法與儀器的缺陷，并且，該工具的制造方法比較簡單，克服了過去的硬度測量儀的制造成本高、技術難度大等方面的缺陷問題，具有非常良好的社會與經濟前景。二、必要性與可行性1．項目背景1822年，德國礦物學家FriedrichMohs提出用10種礦物來衡量物體相對硬度，即摩氏硬度，由軟至硬分為十級：滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長石、石英、黃玉、剛玉、金剛石。利用摩氏硬度計測定礦物硬度的方法很簡單。將預測礦物和硬度計中某一礦物相互刻劃，如某一礦物能劃動方解石，說明其硬度大于方解石，但又能被螢石所劃動，說明其硬度小于螢石，則該礦物的硬度為3到4之間，可寫成3-4。由于這種確定硬度的方法存在粗略性的缺陷，所以，相繼產生了許多種硬度。目前存在的硬度測量方法與種類有十多種。除了上述摩氏硬度即劃痕硬度外，還有壓入硬度、洛氏硬度、布氏硬度、維氏硬度、顯微硬度、里氏硬度、肖氏硬度、巴氏硬度、努氏硬度、韋氏硬度、硬度測定。這里簡述這些硬度測量方法及其主要缺陷如下：①壓入硬度是用一定的載荷將規定的壓頭壓入被測材料，根據材料表面局部塑性變形的程度比較被測材料的軟硬，材料越硬，塑性變形越小。壓入硬度在工程技術中有廣泛的用途。壓頭有多種，如一定直徑的鋼球、金剛石圓錐、金剛石四棱錐等。載荷范圍為幾克力至幾噸力（即幾十毫牛頓至幾萬牛頓）。壓入硬度對載荷作用于被測材料表面的持續時間也有規定。主要的壓入硬度有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度等。這種方法主要是通過壓入深度的比較來確定硬度，無法克服刻劃方法的粗略性缺陷，不能給出精確的硬度數據。②洛氏硬度測定法是美國的S．P．洛克韋爾于1919年提出的，所采用的壓頭是錐角為120°的金剛石圓錐或直徑為1/16英寸（1英寸等于25.4毫米）的鋼球，并用壓痕深度作為標定硬度值的依據。測量時，總載荷分初載荷和主載荷（總載荷減去初載荷）兩次施加，初載荷一般選用10千克力，加至總載荷后卸去主載荷，并以這時的壓痕深度來衡量材料的硬度。洛氏硬度記為HR，所測數值寫在HB后，洛氏硬度值計算公式為：式中h表示塑性變形壓痕深度（毫米）；k是規定的常量；分母中的0.002（毫米）是每洛氏硬度單位對應的壓痕深度。對應于金剛石圓錐壓頭的k=0.20（毫米），對應于鋼球壓頭的k=0.26（毫米）。洛氏硬度測定法的缺陷主要是計算公式不正確，計量方法與度量值不正確，從而導致硬度測定結果不正確。③布氏硬度是瑞典工程師J．A．布里涅耳于1900年提出的。它在工程技術特別是機械和冶金工業中廣泛使用。布氏硬度的測量方法是用規定大小的載荷P，把直徑為D的鋼球壓入被測材料表面，持續規定的時間后卸載，用載荷值（千克力，1千克力等于9.80665牛頓）和壓痕面積（平方毫米）之比定義硬度值。布氏硬度HB的計算式為：．式中d為壓痕的直徑。布氏硬度測量方法的缺陷也是計算公式不正確，計量方法與度量值不正確，計算結果不正確。即其理論概念不清，理論方法不正確，測定結果不正確。④維氏硬度試驗方法是英國史密斯（R.L.Smith）和塞德蘭德（C.E.Sandland）于1925年提出的。英國的維克斯—阿姆斯特朗（Vickers-Armstrong）公司試制了第一臺以此方法進行試驗的硬度計。維氏硬度的測定原理基本上和布氏硬度相同，也是根據壓痕單位面積上的載荷來計算硬度值。所不同的是維氏硬度試驗的壓頭是金剛石的正四棱錐體。試驗時，在一定載荷的作用下，試樣表面上壓出一個四方錐形的壓痕，測量壓痕對角線長度，除以計算壓痕的表面積，載荷除以表面積的數值就是試樣的硬度值，用符號HV表示。主要用于確定鋼的表面滲氮硬化程度。維氏硬度測量法所用的壓頭是金剛石正四棱錐，它的兩相對面間的夾角為136°，載荷有5、10，20、30、50、100千克力等幾種，用壓出的四棱錐壓痕表面積除載荷所得的值作為維氏硬度值，記為HV，即式中P為載荷；S為壓痕對角線長度（毫米）；為四棱錐壓頭兩相對面間夾角，=136°。維氏硬度測量方法與洛氏硬度和布氏硬度測量方法的缺陷相同。⑤顯微硬度主要用于確定很薄的材料、細金屬絲、小型精密零件（如鐘表和儀表零件）的硬度，測定淬硬表面的硬度變化率，研究小面積內硬度的變化以及在金相學中研究金屬中不同相體的硬度等。測量方法與維氏硬度基本相同，但載荷很小，以克力計數；壓痕的特征尺寸也很小，需要用讀數顯微鏡測出，故得名。1939年，英國國家標準局決定采用F．努普、C．G．彼得斯和W．B．埃默森提出的菱形金剛石四棱錐壓頭（稱為努普壓頭）。其壓痕長對角線L和短對角線長度W之比大約為7:1，壓痕深度約為L的1/30，故在壓痕較淺的情況下也能較精確地測出長對角線的長度。用努普壓頭測定的顯微硬度數又稱努普硬度數。在顯微硬度測定中也允許使用普通的136°金剛石正四棱錐壓頭。顯微硬度的符號以HM表示，若用努普壓頭，則努普硬度數為：式中P以千克力為單位；L表示菱形壓痕的長對角線長度（毫米）；CP是一個常數，其值與L和壓痕投影面積之比有關。若用136°正四棱錐壓頭，則式中P為載荷，常用的載荷有2、5、10、50、100、200克力等幾種；S為正方形壓痕的對角線長度，以微米為單位，由顯微硬度計上的讀數顯微鏡測出。由于顯微硬度測量方法的工作原理與維氏硬度基本相同，所以，其缺陷與維氏硬度測量方法的缺陷相同。⑥里氏硬度是以HL表示，里氏硬度測試技術是由瑞士狄爾馬，里伯博士發明的，它是用一定質量的裝有碳化鎢球頭的沖擊體，在一定力的作用下沖擊試件表面，然后反彈。由于材料硬度不同，撞擊后的反彈速度也不同。在沖擊裝置上安裝有永磁材料，當沖擊體上下運動時，其外圍線圈便感應出與速度成正比的電磁信號，再通過電子線路轉換成里氏硬度值。里氏硬度測量方法的理論依據具有貼近客觀規律的可靠性，但測量方法不是最佳的，硬度分級仍然具有粗略性。⑦肖氏硬度也稱回跳硬度，簡稱HS。表示材料硬度的一種標準。由英國人肖爾(AlbertF.Shore)于1906年研究淬火鋼的硬度測定法時提出的。肖氏硬度測定法的測量原理是：用重量為1/12盎司力（1盎司力等于0.2780牛頓）的帶有金剛石圓頭或鋼球的小錘，從10英寸的高度自由落下，使小錘以一定的動能沖擊試樣表面。小錘的部分動能轉變成試樣表面塑性變形功而被消耗；另一部分轉變為彈性應變能被試樣儲藏。試樣彈性變形恢復時釋放出能量，使小錘回跳一定高度。被測物越硬則彈性極限越高，儲藏的彈性應變能越多，小錘回跳得越高?；靥捕鹊姆柺荋S，它以小錘回跳高度進行分度?；靥捕葦抵荒茉趶椥阅Ａ肯嗤牟牧现g進行比較，否則就會得出橡皮比鋼更硬的結論。壓入硬度的測量屬于靜力測定法，而回跳硬度的測量則屬于動力測定法。肖氏硬度測量方法也存在計量方法與度量值不正確問題，硬度分級仍然具有粗略性。⑧巴氏硬度(即Barcol硬度),最早由美國Barber-Colman公司提出，是近代國際上廣泛采用的一種硬度門類，一定形狀的硬鋼壓針，在標準彈簧試驗力作用下，壓入試樣表面，用壓針的壓入深度確定材料硬度，定義每壓入0.0076mm為一個巴氏硬度單位。巴氏硬度單位表示為HBa。巴氏硬度測量方法的工作原理類似于壓入法，用壓針壓入深度來粗略確定硬度，也存在計量方法與度量值不正確問題，測量結果仍然具有粗略性。⑨努氏硬度試驗原理是:將頂部兩棱之間的α角為172.5°和β角為130°的棱錐體金剛石壓頭用規定的試驗力壓入試樣表面，經一定的保持時間后卸除試驗力。試驗力除以試樣表面的壓痕投影面積之商即為努氏硬度。計算公式如下:式中:HK-努氏硬度符號；F-試驗力，N；S-壓痕投影面積，mm；d-壓痕長對角線長度，mm；c-壓頭常數，與用長對角線長度的平方計算的壓痕投影面積有關。巴士硬度測量方法也存在在計算公式不科學問題，也存在計量方法與度量值不正確問題。⑩韋氏硬度:一定形狀的硬鋼壓針，在標準彈簧試驗力作用下壓入試樣表面，用壓針的壓入深度確定材料硬度，定義0.01mm的壓入深度為一個韋氏硬