硬度测定仪生产项目的可行性分析报告.docx

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1、硬度测定仪生产项目的可行性分析报告一、概况1、项目负责人：王昌益；地址：蓬莱市三里桥西区 5 号楼；邮政编码：265600；联系电话：0535-5633083；手机：18565128562王昌益是专利权人或发明人， 也是本项目可行性报告编制人； 所属行业：测试工具制造行业。2、项目基本情况、项目名称：硬度测试仪。、项目类型：开发生产、加工制造。、项目属性：新科技发明项目转化性质。、 主要工作内容： 加工制造一种能够准确测定材料硬度的工具。、预期目标制造一种精确测定工程材料、岩石、矿物硬度的仪器，填补世界上不存在精确测定硬度的理论方法和仪器工具的空白， 为市场提供一种新产品，满足各种生产中和质量

2、检测中硬度测试的需要。另外，由于本发明的硬度概念与材料性质概念统一起来了， 所测定的硬度数据可以直接用于强度计算。、项目现状该项目属于一种基于新理论而创造的新发明， 2016年 3月 21 日刚授权。 发明人是王昌益。 该项目的现状处于招商合作开发生产阶段。、合作方式方式一： 专利权全权转让， 将发明权和发明内容一次性转让给有能力的人来开发生产、 进一步开发改善。 一次性转让金额300 万元人民币。第二种方式：专利权部分转让，仅授予开发人开发生产权。开发生产人员一次性付专利转让费，获得生产权和发明内容后自行生产。部分转让额50 万元。第三种方式：开发生产。甲方（王昌益）投入专利，乙方（投资商）

3、出资金，共同研发生产，利润分成。分成比例：甲方40%，乙方60%、项目前景预测该项目具有投资小、见效快、社会经济效益大、风险低的特点，属于国家政策扶持范畴的新科技项目，具有很好的发展前景。长期以来，在世界范围内，由传统理论的不科学性所决定，硬度概念始终不清楚， 人们始终不明确硬度的本质含义， 始终没有确定一种能够准确测定硬度的方法。 所采用的硬度测定方法非常粗略， 一般都是大致确定一个硬度范围，而不能准确确定硬度的精确值。例如，摩氏方法（摩氏硬度计） ，用已知硬度的矿物（如滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石）刻划被测定矿物，从而大致确定矿物和岩石的硬度范围。即，

4、观察被刻划矿物表面有无刻痕， 若有刻痕， 则被刻样品硬度小于已知硬度矿物的硬度（硬度计） 。例如某矿物能被石英所刻动，但不能被长石所刻动，则矿物的硬度必介于 67 之间，该矿物的硬度可以大致确定为 6.5 。这种硬度探测、分析、计算方法具有大致性、不精确性。其它硬度计的工作原理是在其他传统硬度概念基础上产生的， 也具有一定的不科学问题。例如，由瑞士LEEBW士 1978年首次提出的硬度测量方法，叫里氏硬度计。这种硬度的定义是: 用规定质量的冲击体在弹力作用下以一定速度冲击试样表面，用冲头在距离试样表面1mmt的回弹速度与冲击速度之比计算出的数值。 根据作用学研究发现： 里氏硬度仍然具有科学缺陷

5、。其一、硬度的科学概念是：材料在一定作用下表现出来的不可变形程度。而里氏硬度的工作原理是依据如下概念产生的： 回弹速度与冲击速度之比值等于材料的硬度。 虽然这个概念与客观规律具有一致性， 但由于速度测量存在的误差较大， 使得测试结果存在的误差较大。其二、 、里氏硬度用于测试硬度的冲击作用物体不是标准的最硬物体，使其适用范围比较狭窄。第四，里氏硬度计的制造成本较高。该项目是新发明的硬度测试理论方法与工具， 克服了过去所有一些硬度测量方法与仪器的缺陷，并且，该工具的制造方法比较简单，克服了过去的硬度测量仪的制造成本高、 技术难度大等方面的缺陷问题，具有非常良好的社会与经济前景。二、必要性与可行性1

6、项目背景1822 年，德国矿物学家Friedrich Mohs 提出用 10 种矿物来衡量物体相对硬度，即摩氏硬度，由软至硬分为十级： 滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。利用摩氏硬度计测定矿物硬度的方法很简单。 将预测矿物和硬度计中某一矿物相互刻划，如某一矿物能划动方解石，说明其硬度大于方解石，但又能被萤石所划动， 说明其硬度小于萤石， 则该矿物的硬度为 3 到4 之间，可写成 3-4 。由于这种确定硬度的方法存在粗略性的缺陷，所以， 相继产生了许多种硬度。 目前存在的硬度测量方法与种类有十多种。除了上述摩氏硬度即划痕硬度外，还有压入硬度、洛氏硬度、布氏硬度、

7、维氏硬度、显微硬度、里氏硬度、肖氏硬度、巴氏硬度、努氏硬度、韦氏硬度、硬度测定。这里简述这些硬度测量方法及其主要缺陷如下：压入硬度是用一定的载荷将规定的压头压入被测材料， 根据材料表面局部塑性变形的程度比较被测材料的软硬， 材料越硬， 塑性变形越小。压入硬度在工程技术中有广泛的用途。压头有多种，如一定直径的钢球、金刚石圆锥、 金刚石四棱锥等。载荷范围为几克力至几吨力（即几十毫牛顿至几万牛顿） 。压入硬度对载荷作用于被测材料表面的持续时间也有规定。主要的压入硬度有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等。 这种方法主要是通过压入深度的比较来确定硬度，无法克服刻划方法的粗略性缺陷，不能给出精确的硬

8、度数据。洛氏硬度测定法是美国的S. P.洛克韦尔于1919年提出的，所采用的压头是锥角为120的金刚石圆锥或直径为1/16 英寸 （ 1 英寸等于 25.4 毫米）的钢球，并用压痕深度作为标定硬度值的依据。测量时，总载荷分初载荷和主载荷（总载荷减去初载荷）两次施加，初载荷一般选用 10 千克力，加至总载荷后卸去主载荷，并以这时的压痕深度来衡量材料的硬度。洛氏硬度记为好,所测数值写在HB后，洛氏硬度值计算公式为:k - h0.002式中h表示塑性变形压痕深度（毫米）;k是规定的常量；分母中的0.002 （毫米）是每洛氏硬度单位对应的压痕深度。对应于金刚石圆锥压头的k=0.20 （毫米），对应于钢

9、球压头的k=0.26 （毫米）。洛氏硬度测定法的缺陷主要是计算公式不正确，计量方法与度量 值不正确，从而导致硬度测定结果不正确。布氏硬度是瑞典工程师J. A.布里涅耳于1900年提出的。它在工程技术特别是机械和冶金工业中广泛使用。布氏硬度的测量方法 是用规定大小的载荷P,把直径为D的钢球压入被测材料表面，持续 规定的时间后卸载，用载荷值（千克力，1千克力等于9.80665牛顿） 和压痕面积（平方毫米）之比定义硬度值。布氏硬度HB的计算式为：,2PH B =；/22 %.二D D - . D2 -d2式中d为压痕的直径。布氏硬度测量方法的缺陷也是计算公式不正确，计量方法与度量值不正确，计算结果不

10、正确。即其理论概念不清，理论方法不正确， 测定结果不正确。维氏硬度试验方法是英国史密斯（R.L.Smith ）和塞德兰德（C.E.Sandland ）于1925年提出的。英国的维克斯一阿姆斯特朗 （Vickers-Armstrong ）公司试制了第一台以此方法进行试验的硬度计。维氏硬度的测定原理基本上和布氏硬度相同，也是根据压痕单位 面积上的载荷来计算硬度值。所不同的是维氏硬度试验的压头是金刚石的正四棱锥体。试验时，在一定载荷的作用下，试样表面上压出一 个四方锥形的压痕，测量压痕对角线长度，除以计算压痕的表面积， 载荷除以表面积的数值就是试样的硬度值， 用符号H表示。主要用于 确定钢的表面渗氮

11、硬化程度。维氏硬度测量法所用的压头是金刚石正 四棱锥，它的两相对面间的夹角为 136 ,载荷有5、10, 20、30、50、100千克力等几种，用压出的四棱锥压痕表面积除载荷所得的值作为维氏硬度值，记为即02PsinHvTS式中P为载荷；S为压痕对角线长度（毫米）；3为四棱锥压头两相对 面间夹角，0=136 。维氏硬度测量方法与洛氏硬度和布氏硬度测量方法的缺陷相同。显微硬度主要用于确定很薄的材料、 细金属丝、小型精密零件（如钟表和仪表零件）的硬度，测定淬硬表面的硬度变化率，研究小面积内硬度的变化以及在金相学中研究金属中不同相体的硬度等。测量方法与维氏硬度基本相同，但载荷很小，以克力计数；压痕的

12、特征 尺寸也很小，需要用读数显微镜测出，故得名。1939年，英国国家136金刚标准局决定采用F.努普、C. G.彼得斯和W B.埃默森提出的菱形 金刚石四棱锥压头（称为努普压头）。其压痕长对角线L和短对角线 长度W之比大约为7:1 ,压痕深度约为L的1/30 ,故在压痕较浅的情 况下也能较精确地测出长对角线的长度。用努普压头测定的显微硬度 数又称努普硬度数。在显微硬度测定中也允许使用普通的 石正四棱锥压头。显微硬度的符号以T表示，若用努普压头，则努普硬度数为:CpL2式中P以千克力为单位；L表示菱形压痕的长对角线长度（毫米）；CP是一个常数，其值与L和压痕投影面积之比有关。若用136正四棱锥压

13、头，则,“ PHM =1854.4 2S2式中P为载荷，常用的载荷有2、5、10、50、100、200克力等几种；S为正方形压痕的对角线长度，以微米为单位，由显微硬度计上的读数显微镜测出。由于显微硬度测量方法的工作原理与维氏硬度基本相同，所以， 其缺陷与维氏硬度测量方法的缺陷相同。里氏硬度是以HL表示，里氏硬度测试技术是由瑞士狄尔马， 里 伯博士发明的，它是用一定质量的装有碳化鸨球头的冲击体，在一定 力的作用下冲击试件表面，然后反弹。由于材料硬度不同，撞击后的 反弹速度也不同。在冲击装置上安装有永磁材料，当冲击体上下运动 时，其外围线圈便感应出与速度成正比的电磁信号，再通过电子线路转换成里氏硬

14、度值。里氏硬度测量方法的理论依据具有贴近客观规律的可靠性，但测量方法不是最佳的，硬度分级仍然具有粗略性。肖氏硬度也称回跳硬度，简称 HBo表示材料硬度的一种标准。 由英国人肖尔（AlbertF.Shore）于1906年研究淬火钢的硬度测定法 时提出的。肖氏硬度测定法的测量原理是：用重量为1/12盎司力（1盎司力等于 0.2780 牛顿） 的带有金刚石圆头或钢球的小锤， 从 10英寸的高度自由落下， 使小锤以一定的动能冲击试样表面。 小锤的部分动能转变成试样表面塑性变形功而被消耗； 另一部分转变为弹性应变能被试样储藏。 试样弹性变形恢复时释放出能量， 使小锤回跳一定高度。被测物越硬则弹性极限越高

15、，储藏的弹性应变能越多，小锤回跳得越高。回跳硬度的符号是 H,它以小锤回跳高度进行分度。回跳硬度数只能在弹性模量相同的材料之间进行比较， 否则就会得出橡皮比钢更硬的结论。 压入硬度的测量属于静力测定法， 而回跳硬度的测量则属于动力测定法。肖氏硬度测量方法也存在计量方法与度量值不正确问题， 硬度分级仍然具有粗略性。巴氏硬度（ 即 Barcol 硬度 ）, 最早由美国 Barber-Colman 公司提出，是近代国际上广泛采用的一种硬度门类，一定形状的硬钢压针，在标准弹簧试验力作用下， 压入试样表面， 用压针的压入深度确定材料硬度，定义每压入0.0076mm为一个巴氏硬度单位。巴氏硬度单位表示为H

16、Ba。巴氏硬度测量方法的工作原理类似于压入法， 用压针压入深度来粗略确定硬度， 也存在计量方法与度量值不正确问题， 测量结果仍然具有粗略性。努氏硬度试验原理是：将顶部两棱之间的口角为172.5和（3角为130的棱锥体金刚石压头用规定的试验力压入试样表面，经一定的保持时间后卸除试验力。 试验力除以试样表面的压痕投影面积之商即为努氏硬度。计算公式如下：Hk = 0.102 F =0.102与 1.451-FScd2d2式中:HK-努氏硬度符号；F-试验力，N; S-压痕投影面积，mm d-压 痕长对角线长度，mm c-压头常数，与用长对角线长度的平方计算的 压痕投影面积有关。巴士硬度测量方法也存在

17、在计算公式不科学问题，也存在计量方法与度量值不正确问题。韦氏硬度：一定形状的硬钢压针，在标准弹簧试验力作用下压 入试样表面，用压针的压入深度确定材料硬度，定义 0.01mm的压入 深度为一个韦氏硬度单位。韦氏硬度单位表示为 6该方法也存在粗略性问题。通过上述介绍可知，当前人们对硬度概念的理解、测定方法不是 统一的。这种不统一性产生的原因关键在于目前世界上还没有产生统 一的硬度概念和统一的硬度测量方法，说明各种硬度测定方法都存在 缺陷。这为本项目的产生与发展留下了可行性背景与空间。2.项目实施的必要性。该项目实施具有极其重要的必要性。作用学理论为硬度确定了科 学定义与取值方法，同时也为软度确定了

18、科学定义与取值方法，为硬度测定确定了统一的科学方法与标准，为精确测定材料硬度奠定了理 论与方法基础。本项目是作用学理论的一项应用， 不仅为硬度测定工 具开辟了新的天地，而且给精准测量硬度带来了春天。 以前的硬度测 定仪，不仅远离客观与科学，而且存在不准确性、粗略性、错误性。这给工程材料硬度测量带来了极大不便， 本项目开展将解决所有存在的问题， 并且将材料硬度概念纳入了材料性质的科学领域， 为材料硬度测试工业拓展了无限的空间。本项目只是生产硬度测量的一种工具。 在该工具生产的基础上还可以开发新的工具产品。也就是说，本项目将会产生多种产品。3项目实施的可行性。本项目开发的发明项目具有结构简单，材料

19、、研发、加工制造与生产费用低、不需要特别的新技术投入的特点。据粗略预算，样品生产费用少于5000 元，批量生产可使单价降到几百元。比小型电钻的价格略高一些。也就是说，该项目的可行性很强。4项目风险与不确定性由于该项目具有领域新（领域中世界上领先、新） ，市场前景广阔（可销售于全世界） ，并且，由于机械原理简单、可靠，不存在研发失败问题。最多在研发阶段浪费点时间。因此，该项目不存在很大风险。三、实施条件该项目是由发明人王昌益提出来的， 发明证书走在路上。 由于缺乏资金与条件，该项目开发尚未启动，目前处于招商引资、寻求合作待开发阶段。四、进度与计划安排待定。五、结束语该项目是一个集社会效益好、经济效益好、环保、绿色于一身的 良好项目，正在期待有志者来开发。