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里氏硬度計測試基本原理(2)——儀器知識
里氏硬度測試技術(shù)是國際上繼布、洛、維、肖氏硬度之后新發(fā)展的一種技術(shù),在國際上的普及程度越來(lái)越廣。在中國,里氏硬度技術(shù)已有初步發(fā)展,為了推廣這一先進(jìn)技術(shù),參照國際標準,機械工業(yè)部已頒布了“里氏硬度計技術(shù)條件ZBN7l 010-90”,國家質(zhì)量技術(shù)監督局已頒布“金屬里氏硬度試驗方法 GB/T 17394-1998”。
五、里氏硬度計的特點(diǎn)
1、里氏硬度計屬動(dòng)載測試法
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。與肖氏比較,同屬動(dòng)載測試法,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,這勢必在實(shí)際使用中造成很大的局限性。
2、里氏硬度計體積小、重量輕,便于現場(chǎng)硬度檢測
里氏硬度計的硬度傳感器小如一只筆,可用手直接操作,無(wú)需工作臺,無(wú)論是大、重型工件,還是幾何尺寸復雜的工件,都能容易地檢測。而通常使用的布、洛、維氏硬度計.由于體積龐大,不便于在現場(chǎng)使用,特別是需測試大、重型工件時(shí),由于硬度計工作臺無(wú)法容納,所以根本無(wú)法檢測。
六、里氏硬度計對測量的要求
1、試樣表面的要求
測試面應有金屬光澤,不應有氧化皮及其它污物,表面粗糙度應符合如下要求:
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)量應符 合如下要求:
沖擊裝置類(lèi)型
試樣質(zhì)量(Kg)
穩定放置
固定或夾持
需耦合
D、DC型
>5
2~5
0.05~2
G型
>15
5~15
0.5~5
C型
>1.5
0.5~1.5
0.02~0.5
3、試樣厚度要求,試樣應有足夠的厚度,最小厚度應符合如下要求:
沖擊裝置類(lèi)型
試樣最小厚度(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、對于凹、凸、圓柱面及球面試樣,其表面曲率半徑應符合如下要求:
沖擊裝置類(lèi)型
表面曲率半徑(mm)
D、DC型
≥30
C型
≥50
對于表面為曲面的試樣,應使用適當的支撐環(huán),以保證沖擊頭沖擊瞬間位置偏差在0.5mm之內。
6、試樣不應帶有磁性。
7、每個(gè)測量點(diǎn)間距應大于3~4mm,不可在同一點(diǎn)上重復測試,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、影響測試精度的幾個(gè)問(wèn)題
由于里氏硬度計是在動(dòng)態(tài)力作用下測定金屬硬度的,所以影響測試結果準確性的因素比較多,故應對這些因素如以一定的限制,主要包括: 試驗條件、試驗對象、操作技術(shù)和數據處理等幾個(gè)關(guān)健環(huán)節,下面將就一些具體問(wèn)題探討一下:
1、試件曲率對精度的影響,
在現場(chǎng)工作中,經(jīng)常遇到曲面的試件,各種曲面對硬度測試結果的影響不同,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(zhù),會(huì )使沖頭回彈速度偏低,從而使里氏硬度示值偏低。
2、數據換算產(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量誤差,這涉及到按同一方法重復進(jìn)行試驗時(shí)的分散,和對于多臺同型號里氏硬度計的誤差;另一方面是比較不同硬度試驗方法所測硬度產(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、肖氏硬度標準塊直接確定硬度儀的換算誤差。
3、特殊材料引起為誤差
存儲在硬度儀中的換算表對以下鋼種可能產(chǎn)生偏差:
(1)、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)鋼應在橫截面上進(jìn)行測試。
◆局部冷卻硬化,例如由于切割或不適當的試樣制備也會(huì )引起HL值偏高。
(2)、磁性鋼
◆在檢驗磁性材料硬度時(shí),由于磁場(chǎng)影響,會(huì )使HL值偏低,如磁場(chǎng)較強,建議不用此種測試方法。
(3)、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,當硬化層大于0.8mm時(shí)(C型沖擊裝置為0.2mm),則不影響HL值。
(4)、對于特殊材料可用以下方法,自己建立對比關(guān)系。
◆試驗面必須仔細制備
◆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
◆用相應測量范圍的硬度塊檢查靜態(tài)硬度計準確性。
◆在試樣上用靜態(tài)硬度計測三個(gè)點(diǎn),并在壓痕周?chē)美锸献兌葍x測五個(gè)值,取其平均值。比較兩種方法測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、齒輪檢測的誤差
一般情況下,里氏硬度計對于模數大于7的齒輪齒面的檢測是可以保證精確度的,但齒輪模數小于7時(shí),由于齒面較??;測試誤差相對較大,對此,用戶(hù)可根據情況設計相應的工裝,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,因為兩者的成分必然是共同測定的。在彈性部分,首先明顯受E模量影響,在這方面當材料的靜態(tài)硬度相同,而E值大小不同時(shí)。E值低的材料,HL值較大。
6、熱軋方向造成構誤差
當被測工件系熱軋工藝成型時(shí),如果測試方向與軋制方向一致,會(huì )因彈性模量'E'偏大而造成測試值偏低,故測試方向應垂直于熱軋方向。例如:測圓柱件截面硬度時(shí),應在徑向測試為好(一般圓柱件熱軋方向為軸向)。
7、其它因素的影響
對管件測試時(shí)需注意以下幾點(diǎn):
◆管件注意穩固支撐
◆測試點(diǎn)應靠近支撐點(diǎn)且與支撐力平行
◆管壁較薄時(shí)在管內放入適當芯子
在熱處理過(guò)程中,有時(shí)會(huì )造成金屬材質(zhì)發(fā)生改變(如20Cr鋼經(jīng)滲碳-淬火后由合金結構鋼變成低合金工具鋼),在此情況下,應注意選擇適當的金屬材料。
工件本身的硬度離散性也造成試值誤差,應根據經(jīng)驗分析硬度分布,合理解釋試值誤差。操作方法、試樣制備、探頭配置如不正確,也會(huì )造成誤差。
總之:所有硬度機都不是萬(wàn)能的、不是能夠解決所有問(wèn)題、完美無(wú)瑕的!而便攜式里氏硬度計,測值簡(jiǎn)易、痕跡小、硬度值測量廣泛、攜帶方便,不受空間、方位等限制,是臺式硬度機的有益補充和擴展!在模具,軋輥、容器制造、鍛壓等行業(yè)大有蔓延的趨勢,不可忽視其流行的作用!
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