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裡氏硬度計測量技術應用

 來源:東方嘉儀 thekirbi.com  點擊:

裡氏硬度測試技術是國際上繼布、洛、維、肖氏硬度之後新發展的一種技術依據裡氏硬度理論制造的裡氏硬度儀改變了傳統的硬度測試方法。由于硬度傳感器小如一隻筆可以手握傳感器在生産現場直接對工件進行各種方向的硬度檢測因此是其它台式硬度儀所難以勝任的。自裡氏硬度儀誕生以來在國際上的普及程度越來越廣。在中國裡氏硬度技術已有初步發展為了推廣這一先進技術參照國際标準機械工業部已頒布了"裡氏硬度儀技術條件ZBN7l010-90"國家質量技術監督局已頒布"金屬裡氏硬度試驗方法GB/T17394-1998"。

一、什麼是裡氏硬度

裡氏硬度的概念是由瑞士Dr.DietmarLeeb博士提出來的它是一種動态硬度試驗法。硬度傳感器的沖擊體在與被測工件沖擊過程中距工件表面1mm時的反彈速度與沖擊速度的比值乘以1000定義為裡氏硬度值以HL表示裡氏硬度計算公式如下:

HL=Vb/Va×1000

Vb:表示反彈速度

Va:表示沖擊速度

二、裡氏硬度儀的特點

1、肖氏及裡氏硬度均屬動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際使用中造成很大的局限性;而裡氏就不同了裡氏考察的是沖擊體反彈與沖擊的速度通過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.由于體積龐大不便于在現場使用特别是需測試大、重型工件時。由于硬度計工作台無法容納所以根本無法檢測。而裡氏硬度儀無需工作台其硬度傳感器小如一隻筆可用手直接操作無論是大、重型工件還是幾何尺寸複雜的工件都能容易地檢測。

三、裡氏硬度的相關因素

裡氏硬度試驗法既然是動載測試法那麼裡氏硬度值必然與金屬材料的彈性模量E有關.而材料的不同所對應的彈性模量也不同所以裡氏硬度儀是按材料種類進行分類測試的。

四、裡氏硬度與其它硬度的轉換

裡氏硬度值與其它硬度值(HRC、HRB、HB、HV、HSD)之間有對應關系.因此可将裡氏值(HL)轉換成其它硬度值.裡氏硬度儀可通過機内微電腦進行自動轉換。

五、裡氏硬度與其它硬度的分類對比及檢測要求

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

六、裡氏硬度儀對測量的要求

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量及剛性以保證在重建過程中不産生位移或彈動質量應符

合如下要求:沖擊裝置類型試樣質量(Kg)

穩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

試樣應有足夠的厚度最小厚度應符合如下要求:沖擊裝置類型試樣最小厚度(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适當的支撐環以保證沖擊頭沖擊瞬間位置偏差在0.5mm之内。

6、試樣不應帶有磁性。

7、每個測量點間距應大于3~4mm不可在同一點上重複測試否則會引起較大的誤差。同時會減短傳感器的使用壽命。

七、影響測試精度的幾個問題

由于裡氏硬度儀是在動态力作用下測定金屬硬度的所以影響測試結果準确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、操作技術和數據處理等幾個關健環節下面将就一些具體問題探讨一下:

1、試件曲率對精度的影響

在現場工作中經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确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即可。但當曲率小到一定尺寸時由于平面條件的變形和彈性狀态相差顯著會使沖頭回彈速度偏低從而使裡氏硬度示值偏低。

2、數據換算産生的誤差

裡氏硬度換算為其他硬度時的誤差包括兩個方面一方面是裡氏硬度本身測量誤差裡氏硬度換算為其他硬度時的誤差包括兩個方面一方面是裡氏硬度本身測量誤差這涉及到按同一方法重複進行試驗時的分散和對于多台同型号裡氏硬度計的誤差。另一方面是比較不同硬度試驗方法所測硬度産生的誤差這是由于各種硬度方法之間不存在明确的物理關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完成的故可用布氏、洛氏、維氏、肖氏硬度标準塊直接确定

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産生偏差:

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)硬質材料(萊氏體碳化物例如M7C3和M6C會引起彈性模量增加從而使HL值偏低。這類鋼應在橫截面上進行測試。

◆局部冷卻硬化例如由于切割或不适當的試樣制備也會引起HL值偏高。

磁性鋼

◆在檢驗磁性材料硬度時由于磁場影響會使HL值偏低如磁場較強建議不用此種測試方法。

表面硬化鋼

◆表面産生硬化的材料尤其是經表面處理的鋼由于基體軟會使HL值偏低當硬化層大于0.8mm時(C型沖擊裝置為0.2mm)則不影響HL值。

對于特殊材料可用以下方法自己建立對比關系。

◆試驗面必須仔細制備

◆如不進行耦合選擇的試樣足寸盡可能大

◆試樣硬度在硬度儀換算範圍内

◆用相應測量範圍的硬度塊檢查靜态硬度計準确性。

◆在試樣上用靜态硬度計測三個點,超聲波探傷儀并在壓痕周圍用裡氏變度儀測五個值取其平均值。比較兩種方法測出的硬度值即可得出誤差範圍。也可用一組不同硬度試樣用上述方法繪出換算曲線。

4、齒輪檢測的誤差

一般情況下裡氏硬度儀對于模數大于7的齒輪齒面的檢測是可以保證精确度的但齒輪模數小于7時由于齒面較小;測試誤差相對較大對此用戶可根據情況設計相應的工裝将有利于減小誤差。

5、材料彈性、塑性的影響

裡氏值除與硬度、強度相關外更與彈性模量有關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态硬度相同而E值大小不同時。E值低的材料HL值較大。

根據材料的彈性模量。合金類型及熱處理狀态可以對各種材料分類。

6、熱軋方向造成構誤差

當被測工件系熱軋工藝成型時如果測試方向與軋制方向一緻會因彈性模量"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

對管件測試時需注意以下幾點:

◆管件注意穩固支撐

◆測試點應靠近支撐點且與支撐力平行

◆管壁較薄時在管内放入适當芯子

在熱處理過程中有時會造成金屬材質發生改變(如20Cr鋼經滲碳-淬火後由合金結構鋼變成低合金工具鋼)在此情況下應注意選擇适當的金屬材料。

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、探頭配置如不正确也會造成誤差。

總之:所有硬度計都不是萬能的、不是能夠解決所有問題、完美無瑕的!而便攜式裡氏硬度計測值簡易、痕迹小、硬度值測量廣泛、攜帶方便不受空間、方位等限制是台式硬度機的有益補充和擴展!在模具軋輥、容器制造、鍛壓等行業大有蔓延的趨勢不可忽視其流行的作用!

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