如何正確應(yīng)用里氏硬度計(jì)測(cè)量技術(shù)

    里氏硬度測(cè)試技術(shù)是上繼布、洛、維、肖氏硬度之后新發(fā)展的一種技術(shù)，依據(jù)里氏硬度理論制造的里氏硬度儀改變了傳統(tǒng)的硬度測(cè)試方法。由于硬度傳感器小如一只筆，可以手握傳感器在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)直接對(duì)工件進(jìn)行各種方向的硬度檢測(cè)，因此是其它臺(tái)式硬度儀所難以勝任的。自里氏硬度儀誕生以來(lái)，在上的普及程度越來(lái)越廣。在中國(guó)，里氏硬度技術(shù)已有初步發(fā)展，為了推廣這一*技術(shù)，參照標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)械工業(yè)部已頒布了"里氏硬度儀技術(shù)條件ZBN7l010-90"，國(guó)家*已頒布"金屬里氏硬度試驗(yàn)方法GB/T17394-1998"。 

    一、什么是里氏硬度

    里氏硬度的概念是由瑞士Dr.DietmarLeeb博士提出來(lái)的，它是一種動(dòng)態(tài)硬度試驗(yàn)法。硬度傳感器的沖擊體在與被測(cè)工件沖擊過(guò)程中，距工件表面1mm時(shí)的反彈速度與沖擊速度的比值乘以1000，定義為里氏硬度值，以HL表示里氏硬度計(jì)算公式如下：

    HL=Vb/Va×1000

    Vb:表示反彈速度

    Va:表示沖擊速度

    二、里氏硬度儀的特點(diǎn)

    1、肖氏及里氏硬度均屬動(dòng)載測(cè)試法，但肖氏考察的是沖擊體反彈的垂直高度，因此決定了肖氏硬度儀要垂直向下使用，這勢(shì)必在實(shí)際使用中造成很大的局限性；而里氏就不同了，里氏考察的是沖擊體反彈與沖擊的速度，通過(guò)速度修正，可在任意方向上使用，極大地方便了使用者。

    2、通常使用的布、洛、維氏硬度計(jì)．由于體積龐大，不便于在現(xiàn)場(chǎng)使用，特別是需測(cè)試大、重型工件時(shí)。由于硬度計(jì)工作臺(tái)無(wú)法容納，所以根本無(wú)法檢測(cè)。而里氏硬度儀無(wú)需工作臺(tái)，其硬度傳感器小如一只筆，可用手直接操作，無(wú)論是大、重型工件還是幾何尺寸復(fù)雜的工件都能容易地檢測(cè)。

    三、里氏硬度的相關(guān)因素

    里氏硬度試驗(yàn)法既然是動(dòng)載測(cè)試法，那么里氏硬度值必然與金屬材料的彈性模量E有關(guān)．而材料的不同所對(duì)應(yīng)的彈性模量也不同所以里氏硬度儀是按材料種類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)測(cè)試的。

    四、里氏硬度與其它硬度的轉(zhuǎn)換

    里氏硬度值與其它硬度值(HRC、HRB、HB、HV、HSD)之間有對(duì)應(yīng)關(guān)系．因此可將里氏值(HL)轉(zhuǎn)換成其它硬度值．里氏硬度儀可通過(guò)機(jī)內(nèi)微電腦進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

    五、里氏硬度與其它硬度的分類(lèi)對(duì)比及檢測(cè)要求

    從微觀形變上分類(lèi)，布、洛、維氏硬度考察的是材料的塑性形變，表現(xiàn)為壓痕的大小或深度；里、肖氏硬度考察的是材料的彈性形變，表現(xiàn)為反彈速度的大小或高度。

    六、里氏硬度儀對(duì)測(cè)量的要求

    1、試樣表面的要求

    測(cè)試面應(yīng)有金屬光澤，不應(yīng)有氧化皮及其它污物，表面粗糙度應(yīng)符合如下要求：

    沖擊裝置類(lèi)型試件表面粗糙度(um)

    D、DC型≤1.6

    G型≤6.3

    C型≤0.4

    2、試樣重量要求
試樣必須有足夠的質(zhì)量及剛性以保證在重建過(guò)程中不產(chǎn)生位移或彈動(dòng)，質(zhì)量應(yīng)符

    合如下要求：沖擊裝置類(lèi)型試樣質(zhì)量(Kg)

    穩(wěn)定放置固定或夾持需耦合

    D、DC型>52～50.05～2

    G型>155～150.5～5

    C型>1.50.5～1.50.02～0.5

    3、試樣厚度要求

    試樣應(yīng)有足夠的厚度，zui小厚度應(yīng)符合如下要求：沖擊裝置類(lèi)型試樣zui小厚度(mm)

    D、DC型5

    G型10

    C型1

    4、試樣具有表面硬化層，其硬化層深度應(yīng)符合如下要求：沖擊裝置類(lèi)型表面硬化層深度

    D、DC型≥0.8

    C型≥0.2

    5、對(duì)于凹、凸、圓柱面及球面試樣，其表面曲率半徑應(yīng)符合如下要求：沖擊裝置類(lèi)型表面曲率半徑(mm)

    D、DC型≥30

    C型≥50

    對(duì)于表面為曲面的試樣，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)闹苇h(huán)，以保證沖擊頭沖擊瞬間位置偏差在0.5mm之內(nèi)。

    6、試樣不應(yīng)帶有磁性。

    7、每個(gè)測(cè)量點(diǎn)間距應(yīng)大于3～4mm，不可在同一點(diǎn)上重復(fù)測(cè)試，否則會(huì)引起較大的誤差。同時(shí)會(huì)減短傳感器的使用壽命。

    七、影響測(cè)試精度的幾個(gè)問(wèn)題

    由于里氏硬度儀是在動(dòng)態(tài)力作用下測(cè)定金屬硬度的，所以影響測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的因素比較多，故應(yīng)對(duì)這些因素如以一定的限制，主要包括:試驗(yàn)條件、試驗(yàn)對(duì)象、操作技術(shù)和數(shù)據(jù)處理等幾個(gè)關(guān)健環(huán)節(jié)，下面將就一些具體問(wèn)題探討一下：

    1、試件曲率對(duì)精度的影響，

    在現(xiàn)場(chǎng)工作中，經(jīng)常遇到曲面的試件，各種曲面對(duì)硬度測(cè)試結(jié)果的影響不同，在正確操作的情況下，沖擊體落在試件表面瞬間的位置與平面試件相同，故通用支撐環(huán)即可。但當(dāng)曲率小到一定尺寸時(shí)，由于平面條件的變形和彈性狀態(tài)相差顯著，會(huì)使沖頭回彈速度偏低，從而使里氏硬度示值偏低。

    2、數(shù)據(jù)換算產(chǎn)生的誤差

    里氏硬度換算為其他硬度時(shí)的誤差包括兩個(gè)方面，一方面是里氏硬度本身測(cè)量誤差，里氏硬度換算為其他硬度時(shí)的誤差包括兩個(gè)方面，一方面是里氏硬度本身測(cè)量誤差，這涉及到按同一方法重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的分散和對(duì)于多臺(tái)同型號(hào)里氏硬度計(jì)的誤差。另一方面是比較不同硬度試驗(yàn)方法所測(cè)硬度產(chǎn)生的誤差，這是由于各種硬度方法之間不存在明確的物理關(guān)系，并受到相互比較中測(cè)量不可靠性影響的原因。
 

    本儀器的硬度換算是自動(dòng)完成的，故可用布氏、洛氏、維氏、肖氏硬度標(biāo)準(zhǔn)塊直接確定

    硬度儀的換算誤差。

    3、特殊材料引起為誤差

    存儲(chǔ)在硬度儀中的換算表對(duì)以下鋼種可能產(chǎn)生偏差：

    高合金鋼

    ◆所有奧氏體鋼

    ◆在高速鋼中，耐熱工具鋼和萊氏體鉻鋼(工具鋼類(lèi))硬質(zhì)材料(萊氏體碳化物，例如M7C3和M6C會(huì)引起彈性模量增加，從而使HL值偏低。這類(lèi)鋼應(yīng)在橫截面上進(jìn)行測(cè)試。

    ◆局部冷卻硬化，例如由于切割或不適當(dāng)?shù)脑嚇又苽湟矔?huì)引起HL值偏高。

    磁性鋼

    ◆在檢驗(yàn)磁性材料硬度時(shí)，由于磁場(chǎng)影響，會(huì)使HL值偏低，如磁場(chǎng)較強(qiáng)，建議不用此種測(cè)試方法。

    表面硬化鋼

    ◆表面產(chǎn)生硬化的材料，尤其是經(jīng)表面處理的鋼，由于基體軟，會(huì)使HL值偏低，當(dāng)硬化層大于0.8mm時(shí)(C型沖擊裝置為0.2mm)，則不影響HL值。

    對(duì)于特殊材料可用以下方法，自己建立對(duì)比關(guān)系。

    ◆試驗(yàn)面必須仔細(xì)制備

    ◆如不進(jìn)行耦合，選擇的試樣足寸盡可能大

    ◆試樣硬度在硬度儀換算范圍內(nèi)

    ◆用相應(yīng)測(cè)量范圍的硬度塊檢查靜態(tài)硬度計(jì)準(zhǔn)確性。

    ◆在試樣上用靜態(tài)硬度計(jì)測(cè)三個(gè)點(diǎn)，并在壓痕周?chē)美锸献兌葍x測(cè)五個(gè)值，取其平均值。比較兩種方法測(cè)出的硬度值即可得出誤差范圍。也可用一組不同硬度試樣用上述方法繪出換算曲線(xiàn)。

    4、齒輪檢測(cè)的誤差

    一般情況下，里氏硬度儀對(duì)于模數(shù)大于7的齒輪齒面的檢測(cè)是可以保證度的，但齒輪模數(shù)小于7時(shí)，由于齒面較小；測(cè)試誤差相對(duì)較大，對(duì)此，用戶(hù)可根據(jù)情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的工裝，將有利于減小誤差。

    5、材料彈性、塑性的影響

    里氏值除與硬度、強(qiáng)度相關(guān)外，更與彈性模量有關(guān)，硬度值是材料硬度和塑性的特征參數(shù)，因?yàn)閮烧叩某煞直厝皇枪餐瑴y(cè)定的。

    在彈性部分，首先明顯受E模量影響，在這方面當(dāng)材料的靜態(tài)硬度相同，而E值大小不同時(shí)。E值低的材料，HL值較大。

    根據(jù)材料的彈性模量。合金類(lèi)型及熱處理狀態(tài)可以對(duì)各種材料分類(lèi)。

    6、熱軋方向造成構(gòu)誤差

    當(dāng)被測(cè)工件系熱軋工藝成型時(shí)，如果測(cè)試方向與軋制方向一致，會(huì)因彈性模量"E"偏大而造成測(cè)試值偏低，故測(cè)試方向應(yīng)垂直于熱軋方向。
 

    本儀器的硬度換算是自動(dòng)完成的，故可用布氏、洛氏、維氏、肖氏硬度標(biāo)準(zhǔn)塊直接確定

    硬度儀的換算誤差。

    3、特殊材料引起為誤差

    存儲(chǔ)在硬度儀中的換算表對(duì)以下鋼種可能產(chǎn)生偏差：

    高合金鋼

    ◆所有奧氏體鋼

    ◆在高速鋼中，耐熱工具鋼和萊氏體鉻鋼(工具鋼類(lèi))硬質(zhì)材料(萊氏體碳化物，例如M7C3和M6C會(huì)引起彈性模量增加，從而使HL值偏低。這類(lèi)鋼應(yīng)在橫截面上進(jìn)行測(cè)試。

    ◆局部冷卻硬化，例如由于切割或不適當(dāng)?shù)脑嚇又苽湟矔?huì)引起HL值偏高。

    磁性鋼

    ◆在檢驗(yàn)磁性材料硬度時(shí)，由于磁場(chǎng)影響，會(huì)使HL值偏低，如磁場(chǎng)較強(qiáng)，建議不用此種測(cè)試方法。

    表面硬化鋼

    ◆表面產(chǎn)生硬化的材料，尤其是經(jīng)表面處理的鋼，由于基體軟，會(huì)使HL值偏低，當(dāng)硬化層大于0.8mm時(shí)(C型沖擊裝置為0.2mm)，則不影響HL值。

    對(duì)于特殊材料可用以下方法，自己建立對(duì)比關(guān)系。

    ◆試驗(yàn)面必須仔細(xì)制備

    ◆如不進(jìn)行耦合，選擇的試樣足寸盡可能大

    ◆試樣硬度在硬度儀換算范圍內(nèi)

    ◆用相應(yīng)測(cè)量范圍的硬度塊檢查靜態(tài)硬度計(jì)準(zhǔn)確性。

    ◆在試樣上用靜態(tài)硬度計(jì)測(cè)三個(gè)點(diǎn)，并在壓痕周?chē)美锸献兌葍x測(cè)五個(gè)值，取其平均值。比較兩種方法測(cè)出的硬度值即可得出誤差范圍。也可用一組不同硬度試樣用上述方法繪出換算曲線(xiàn)。

    4、齒輪檢測(cè)的誤差

    一般情況下，里氏硬度儀對(duì)于模數(shù)大于7的齒輪齒面的檢測(cè)是可以保證度的，但齒輪模數(shù)小于7時(shí)，由于齒面較小；測(cè)試誤差相對(duì)較大，對(duì)此，用戶(hù)可根據(jù)情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的工裝，將有利于減小誤差。

    5、材料彈性、塑性的影響

    里氏值除與硬度、強(qiáng)度相關(guān)外，更與彈性模量有關(guān)，硬度值是材料硬度和塑性的特征參數(shù)，因?yàn)閮烧叩某煞直厝皇枪餐瑴y(cè)定的。

    在彈性部分，首先明顯受E模量影響，在這方面當(dāng)材料的靜態(tài)硬度相同，而E值大小不同時(shí)。E值低的材料，HL值較大。

    根據(jù)材料的彈性模量。合金類(lèi)型及熱處理狀態(tài)可以對(duì)各種材料分類(lèi)。

    6、熱軋方向造成構(gòu)誤差

    當(dāng)被測(cè)工件系熱軋工藝成型時(shí)，如果測(cè)試方向與軋制方向一致，會(huì)因彈性模量"E"偏大而造成測(cè)試值偏低，故測(cè)試方向應(yīng)垂直于熱軋方向。

備注：時(shí)代集團(tuán)主要生產(chǎn)里氏硬度計(jì)、洛氏硬度計(jì)、橡膠硬度計(jì)、布氏硬度計(jì)、粗糙度儀、超聲波探傷儀、超聲波測(cè)厚儀、涂層測(cè)厚儀、測(cè)振儀、*等檢測(cè)儀器,