細(xì)談里氏硬度計(jì)測試基本原理
隨著單片技術(shù)的發(fā)展,1978年,瑞士人Leeb博士提出了一種全新的測硬方法,它的基本原理是具有一定質(zhì)量的沖擊體在一定的試驗(yàn)力作用下沖擊試樣表面,測量沖擊體距試樣表面1mm處的沖擊速度與回跳速度,利用電磁原理,感應(yīng)與速度成正比的電壓。里氏硬度值以沖擊體回跳速度與沖擊速度之比來表示。
計(jì)算公式:HL=1000*(VB/VA)
式中:HL——里氏硬度值
VB——沖擊體回跳速度
VA——沖擊體沖擊速度
二、里氏硬度計(jì)沖擊裝置
里氏硬度度有D、DC、D=15、C、G、E、DL七種:
D:外型尺寸:f20*70mm,重量:75g.通用型,用于大部分硬度測量。
DC:外型尺寸:f20*86mm,重量:50g。沖擊裝置很短,主要用于非常局促的地方,例如孔或圓筒內(nèi)。
D+15:外型尺寸:f20*162mm,重量:80g。頭部細(xì)小,用于溝槽或凹入的表面硬度測量。
C:外型尺寸:f20*141mm,重量:75g。沖擊能量zui小,用于測小輕、薄部件及表面硬化層。
G:外型尺寸:f30*254mm,重量:250g。沖擊能量大,對測量表面要求低。用于大、厚重及表面較粗糙的鍛鑄件。
E:外型尺寸:f20*162,重量80g壓頭為人造金剛石,用于硬度*材料的測定。
DL:外形尺寸:f20*202mm,重量:80g頭部更加細(xì)小,用于狹窄溝槽及齒輪面硬度的測定。
三、異型支撐環(huán)的使用
在現(xiàn)場工作中,經(jīng)常遇到曲面試件,各種曲面對硬度測試結(jié)果影響不同,在正確操作的情況下,沖擊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的彈性狀態(tài)相差顯著會使沖擊體回彈速度偏低,從而使里氏硬度示值偏低。因此對試樣,建議測量時(shí)使用小支撐環(huán)。對于曲率半徑更小的試樣,建議選用異型支撐環(huán)。
四、里氏硬度計(jì)的測量范圍
根據(jù)里氏原理,只要材料具備一定剛性,能形成反彈,就能測出準(zhǔn)確的里氏硬度值,但很多材料里氏與其它制式的硬度沒有相應(yīng)的換算關(guān)系,因此里氏硬度計(jì)目前只裝了9種材料的換算表。具體材料如下:鋼和鑄鋼,合金工具鋼,灰鑄鐵,球墨鑄鐵,鑄鋁合金,銅鋅合金,銅錫合金,純銅,不銹銅。
對于一些特殊材料的試樣,用戶可使用公司提供的擬合曲線做換算表。在實(shí)際生產(chǎn)中,使用的金屬材料多種多樣,由于里氏硬度計(jì)對材料的加工方式、材料的合金元素組成敏感,而里氏硬度計(jì)芯片中儲存的硬度換算表不可能都滿足用戶的需要,用戶在測試中,可以使用擬合做自己的硬度換算表。
五、影響里氏硬度計(jì)測試精度的因素
1、數(shù)據(jù)換算產(chǎn)生的誤差
里氏硬度換算為其它硬度時(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,這涉及到按方法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的分散和對于多臺同型號里氏硬度計(jì)的測量誤差。另一方面是比較不同硬度試驗(yàn)方法所測硬度產(chǎn)生的誤差,這是由于各種硬度試驗(yàn)方法之一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影響的原因。
2、特殊材料引起的誤差
存貯在硬度儀中的換算表對下列鋼種可能產(chǎn)生偏差:
所有奧氏體鋼
耐熱工具鋼和萊氏體鉻鋼(工具鋼類)硬質(zhì)材料會引起彈性模量增加,從而使L值偏低。這類鋼應(yīng)在橫截面上進(jìn)行測試
局部冷卻硬化會引起L值偏高
磁性鋼由于磁場影響,會使L值偏低。
表面硬化鋼,基體軟,會使L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L值。
3、齒輪檢測中的誤差
一般情況下,由于齒面較小,測試誤差相對較大,對此,用戶可根據(jù)情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的工裝,將有助于減小誤差。
4、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,L值較大
5、熱軋方向造成的誤差
當(dāng)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,會因彈性模量E偏大而造成測試值偏低,故測試方向應(yīng)垂直于熱軋方向。例如:測圓柱截面硬度時(shí),應(yīng)在徑向測試為好。(一般圓柱熱軋方向?yàn)檩S向)。
6、試樣重量、粗糙度、厚度的影響
7、試件磁性應(yīng)小于300高斯
8、其它因素的影響
測量管件硬度時(shí)須注意:管件注意穩(wěn)固支撐,測試點(diǎn)應(yīng)靠近支撐點(diǎn)且與支撐力平行,管壁較薄在管內(nèi)放入適當(dāng)芯子。