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日期:2018-01-02 23:57  来源:未知    文章作者:admin

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  里氏硬度测试技术 里氏硬度测试技术是国际上继布、洛、维、肖氏硬度之后新发展的一种技术,在国际上的普及程度越来越广。在中国,里氏硬度技术已有初步发展,为了推广这一先进技术,参照国际标准,机械工业部已颁布了“里氏硬度仪技术条件ZBN7l 010-90”,质量技术监督局已颁布“金属里氏硬度试验方法 GB/T 17394-1998”。 一、什么是里氏硬度 里氏硬度的概念是由瑞士Dr.Dietmar Leeb博士提出来的,它是一种动态硬度试验法。硬度传感器的冲击体在与被测工件冲击过程中,距工件表面1mm时的反弹速度与冲击速度的比值乘以1000,定义为里氏硬度值,以HL表示里氏硬度计算公式如下:

  Va:表示冲击速度 二、里氏硬度仪的特点 1、里氏硬度仪属动载测试法 里氏考察的是冲击体反弹与冲击的速度,通过速度修正,可在任意方向上使用,极大地方便了使用者。与肖氏比较,同属动载测试法,但肖氏考察的是冲击体反弹的垂直高度,因此决定了肖氏硬度仪要垂直向下使用,这势必在实际使用中造成很大的局限性; 2、里氏硬度仪体积小、重量轻,便于现场硬度检测 里氏硬度仪的硬度传感器小如一只笔,可用手直接操作,无需工作台,无论是大、重型工件,还是几何尺寸复杂的工件,都能容易地检测。而通常使用的布、洛、维氏硬度计.由于体积庞大,不便于在现场使用,特别是需测试大、重型工件时,由于硬度计工作台无法容纳,所以根本无法检测。 三、里氏硬度与硬度的转换 里氏硬度值与硬度值(HRC、HRB、HB、HV、HSD)之间有对应关系.因此可将里氏值(HL)转换成硬度值.里氏硬度仪可通过机内微电脑进行自动转换。 四、不同硬度的分类对比及检测要求 从微观形变上分类,布、洛、维氏硬度考察的是材料的塑性形变,表现为压痕的大小或深度;里、肖氏硬度考察的是材料的弹性形变,表现为反弹速度的大小或高度。 五、里氏硬度仪对测量的要求 1、试样表面的要求 测试面应有金属光泽,不应有氧化皮及污物,表面粗糙度应符合如下要求: 冲击装置类型 试件表面粗糙度(um) D、DC型 ≤1.6 G型 ≤6.3 C型 ≤0.4 2、试样重量要求

  试样必须有足够的质量及刚性以保证在重建过程中不产生位移或弹动,质量应符 合如下要求: 冲击装置类型 试样质量(Kg) 稳定放置 固定或夹持 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、试样厚度要求

  试样应有足够的厚度,最小厚度应符合如下要求: 冲击装置类型 试样最小厚度(mm) D、DC型 5 G型 10 C型 1 4、试样具有表面硬化层,其硬化层深度应符合如下要求: 冲击装置类型 表面硬化层深度 D、DC型 ≥0.8 C型 ≥0.2 5、对于凹、凸、圆柱面及球面试样,其表面曲率半径应符合如下要求: 冲击装置类型 表面曲率半径(mm) D、DC型 ≥30 C型 ≥50 对于表面为曲面的试样,应使用适当的支撑环,以保证冲击头冲击瞬间位置偏差在0.5mm之内。 6、试样不应带有磁性。

  7、每个测量点间距应大于3~4mm,不可在同一点上重复测试,否则会引起较大的误差。同时 会减短传感器的使用寿命。 七、影响测试精度的几个问题 由于里氏硬度仪是在动态力作用下测定金属硬度的,所以影响测试结果准确性的因素比较多,故应对这些因素如以一定的限制,主要包括: 试验条件、试验对象、操作技术和数据处理等几个关健环节,下面将就一些具体问题探讨一下:

  在现场工作中,经常遇到曲面的试件,各种曲面对硬度测试结果的影响不同,在正确操作的情况下,冲击体落在试件表面瞬间的位置与平面试件相同,故通用支撑环即可。但当曲率小到一定尺寸时,由于平面条件的变形和弹性状态相差显著,会使冲头回弹速度偏低,从而使里氏硬度示值偏低。

  里氏硬度换算为其他硬度时的误差包括两个方面,一方面是里氏硬度本身测量误差,这涉及到按同一方法重复进行试验时的分散,和对于多台同型号里氏硬度计的误差;另一方面是比较不同硬度试验方法所测硬度产生的误差,这是由于各种硬度方法之间不存在明确的物理关系,并受到相互比较中测量不可靠性影响的原因。

  本仪器的硬度换算是自动完成的,故可用布氏、洛氏、维氏、肖氏硬度标准块直接确定硬度仪的换算误差。

  ◆在高速钢中,耐热工具钢和莱氏体铬钢(工具钢类)硬质材料(莱氏体碳化物,例如M7C3和M6C会引起弹性模量增加,从而使HL值偏低。这类钢应在横截面上进行测试。

  ◆表面产生硬化的材料,尤其是经表面处理的钢,由于基体软,会使HL值偏低,当硬化层大于0.8mm时(C型冲击装置为0.2mm),则不影响HL值。

  ◆在试样上用静态硬度计测三个点,并在压痕周围用里氏变度仪测五个值,取其平均值。比较两种方法测出的硬度值即可得出误差范围。也可用一组不同硬度试样用上述方法绘出换算曲线、齿轮检测的误差

  一般情况下,里氏硬度仪对于模数大于7的齿轮齿面的检测是可以保证精确度的,但齿轮模数小于7时,由于齿面较小;测试误差相对较大,对此,用户可根据情况设计相应的工装,将有利于减小误差。

  里氏值除与硬度、强度相关外,更与弹性模量有关,硬度值是材料硬度和塑性的特征参数,因为两者的成分必然是共同测定的。 在弹性部分,首先明显受E模量影响,在这方面当材料的静态硬度相同,而E值大小不同时。E值低的材料,HL值较大。

  当被测工件系热轧工艺成型时,如果测试方向与轧制方向一致,会因弹性模量E偏大而造成测试值偏低,故测试方向应垂直于热轧方向。例如:测圆柱件截面硬度时,应在径向测试为好(一般圆柱件热轧方向为轴向)。

  在热处理过程中,有时会造成金属材质发生改变(如20Cr钢经渗碳-淬火后由合金结构钢变成低合金工具钢),在此情况下,应注意选择适当的金属材料。

  工件本身的硬度离散性也造成试值误差,应根据经验分析硬度分布,合理解释试值误差。操作方法、试样制备、探头配置如不正确,也会造成误差。 总之:所有硬度机都不是万能的、不是能够解决所有问题、完美无瑕的!而便携式里氏硬度计,测值简易、痕迹小、硬度值测量广泛、携带方便,不受空间、方位等限制,是台式硬度机的有益补充和扩展!在模具,轧辊、容器制造、锻压等行业大有蔓延的趋势,不可忽视其流行的作用!

  早在1822年,Friedrichmohs提出用10种矿物来衡量世界上最硬的和最软的物体,这是所谓的摩氏硬度计。按照他们的软硬程度分为十级:

  试验钢铁硬度的最普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦,由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低。这种方法称为锉试法这种方法不太科学。用硬度试验机来试验比较准确,是现代试验硬度常用的方法。常用的硬度测定方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等测试方法

  硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标,它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力,也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。硬度不是一个简单的物理概念,而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。硬度试验根据其测试方法的不同可分为静压法(如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等)、划痕法(如莫氏硬度)、回跳法(如肖氏硬度)及显微硬度、高温硬度等多种方法。

  布氏硬度以HB[N(kgf/mm2)]表示(HBS\HBW)(参照GB/T231-1984),生产中常用布氏硬度法测定经退火、正火和调质的钢件,以及铸铁、有色金属、低合金结构钢等毛胚或半成品的硬度。

  洛氏硬度可分为HRA、HRB、HRC、HRD四种,它们的测量范围和应用范围也不同。一般生产中HRC用得最多。压痕较小,可测较薄得材料和硬得材料和成品件得硬度。

  常规表示有布氏(HB)、洛氏(HRC)、维氏(HV)、里氏(HL)硬度等,其中以HB及HRC较为常用。

  HB应用范围较广,HRC适用于表面高硬度材料,如热处理硬度等。两者区别在于硬度计之测头不同,布氏硬度计之测头为钢球,而洛氏硬度计之测头为金刚石。

  HV-适用于显微镜分析。维氏硬度(HV)以120kg以内的载荷和顶角为°的金刚石方形锥压入器压入材料表面,用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值,即为维氏硬度值(HV)。

  HL手提式硬度计,测量方便,利用冲击球头冲击硬度表面后,产生弹跳;利用冲头在距试样表面1mm处的回弹速度与冲击速度的比值计算硬度,公式:里氏硬度HL=1000×VB(回弹速度)/VA(冲击速度)。

  便携式里氏硬度计用里氏(HL)测量后可以转化为:布氏(HB)、洛氏(HRC)、维氏(HV)、肖氏(HS)硬度。或用里氏原理直接用布氏(HB)、洛氏(HRC)、维氏(HV)、里氏(HL)、肖氏(HS)测量硬度值。

  布氏硬度(HB)一般用于材料较软的时候,如有色金属、热处理之前或退火后的钢铁。洛氏硬度(HRC)一般用于硬度较高的材料,如热处理后的硬度等等。

  布式硬度(HB)是以一定大小的试验载荷,将一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压入被测金属表面,保持规定时间,然后卸荷,测量被测表面压痕直径。布式硬度值是载荷除以压痕球形表面积所得的商。一般为:以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面,保持一段时间,去载后,负荷与其压痕面积之比值,即为布氏硬度值(HB),单位为公斤力/mm2(N/mm2)。

  3、洛式硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度值指标。以0.002毫米作为一个硬度单位。当HB450或者试样过小时,不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同,分三种不同的标度来表示:

  HRB:是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球,求得的硬度,用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。

  4.洛氏硬度计C标尺之压头为顶角120度的金刚石圆锥,试验载荷为一确定值,中国标准是公斤力。

  布氏硬度计之压头为淬硬钢球(HBS)或硬质合金球(HBW),试验载荷随球直径不同而不同,从3000到31.25公斤力。

  硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验,生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。

  实践证明,金属材料的各种硬度值之间,硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的,材料的强度越高,塑性变形抗力越高,硬度值也就越高。

  另外,天然水中的钙美含量也用硬度表示.我国规定的硬度是:1L水中含的钙盐,镁盐折合成CaO和MgO的总量相当于10mgCaO(将MgO也换算成CaO)时,其硬度是1°.

  硬度计的测试原理是什么?硬度计是一种常用的硬度测量仪器,现在硬度测量已经广泛的应用于工业生产、科学实验、国防建设行业中。硬度计具有高精度、高效率、结构先进、实用方便等多种的优点。下面小编就来为大家具体介绍一下硬度计的测试原理是什么吧,希望可以帮助到大家。近十年来,硬度的测试多基于压痕法,随着计算机的广泛应用,超声、磁等无损伤硬度测试方法已有了重大突破。目前,硬度测试可采用的方法很多,如直流矫顽力法、光栅法、磁栅法、巴克豪森发射法、超声传感器法等,其中光栅、磁栅法虽精度很高,但属于压痕法,对被测物表面损伤较大,成本也较高;直流矫顽力法需预先对被测物的材料、形状、尺寸和工作条件进行破坏性检验,以作出标准测量曲线,故只适用于大批同一零件的检验;巴克豪森发射法虽在无损检测方面潜力很大,但测试设备很复杂,在通用的测试中不易采用;超声传感器法是使传感器测头与被测件接触,在均匀的接触压力下,使传感器的谐振频率随压痕深度(即硬度)而改变,通过计量该频率的变化达到测量硬度的目的,该方法对被测件的损伤极小,为无损伤测量,同时采用机电转换的信号拾取方式,与上述方法相比具有很大的优越性。基于超声计量原理,研制出精度高、功能强的智能型数显超声硬度计。

  传感器由压电晶体、励磁线圈、传感器杆、金刚石锥体等组成,传感器杆一端与一个大质量刚体固定在一起,另一端镶有金刚石锥体压头。当压头与被测件不接触时(如图1a所示),处于自由振动状态,此时,传感器杆的固定端将是振动的波节点,压头端由于振幅最大而成为振动的波腹点,杆的长度等于振动波长的1/4,此时的频率就是传感器杆的自由振荡频率。当传感器杆的压头端完全被试件夹紧时(如图1c理想情况下传感器杆的两端都将成为振动的波节点,杆的长度等于振动波长的1/2,此时的频率是压头端处于自由状态时的两倍。当压头压到被测件上时,则处于上述两种情况之间(如图1b).在固定负荷作用下,对于弹性模量相同的试件,硬度愈低,压痕愈深,振动的波长越小,杆的振动频率就越高。通过测量传感器杆振动频率的变化即可确定被测件的硬度。需要指出的是,试件的弹性模量不同,也会影响传感器杆的振动状态,因此被测试块的弹性模量应与校准用的标准试块一致,以保证测试精度。),

  这是一个标准的正反馈振荡器,BG2输出的振荡电流流过测头中的线圈,产生的交变磁场推动传感器杆振动,杆的振动又作用在压电陶瓷上,由压电陶瓷输出一个经过“放大”的电信号(正弦信号),再正反馈到BG1,形成自激振荡。电路起振后,振荡频率主要由传感器中的杆负荷及弹簧弹性系数决定。

  测头的输出信号是峰值约为0.4V的近似正弦波信号,经放大送入89C的T0端计数,以计算该频率,数据处理后即可得到被测硬度值。51

  微处理器采用内含4k字节快擦写PEROM的8位单片机89C自管理系统由可编程接口芯片8279控制,键盘除设有“测量”、“存储”、“平均”、“打印”、“布氏”、“洛氏”、“韦氏”等功能外,还增加了“+0.1”、“-0.1”、“+1”、“-1”等补偿校正键,以便在测试前用标准试块进行校准,消除测头参数差异及环境温度变化造成的误差,提高测试精度。测量结果还可根据需要打印输出。51,

  软件设计的主导思想是:采用模块化结构,大量调用子程序及中断服务程序,尽量减少主程序内容,使条理清晰,调试方便,并充分利用布尔处理功能,使程序运转灵活方便。

  上电后首先进行自检,一切正常时,显示器显示“0”,初始化为洛氏硬度。软件设计的一个重要环节是检测频率信号的稳定性,因为如果被测试块表面光洁度不够或操作者操作不当等都可能造成频率抖动,这样的频率应由计算机给予“剔除”,否则将造成很大误差。另外,频率从自由振荡到有荷振荡需要一段时间,这期间应不予计数,数据处理在定时器溢出中断服务程序中完成,根据测得的频率得到相应的硬度值,再按要求查表转换成相应的布氏、洛氏、韦氏硬度标度后送显示器显示。

  试件的硬度与超声传感器的输出频率成近似线a所示),为了精确逼(近函数曲线和便于计算机处理,采用“分段直线拟合”法,通过计算机利用高级语言对若干对原始试验数据用最小二乘法处理,找出最佳分割点f1,f2,并归纳出各段的线性函数:yi=aix+bi如图5b所示)。其中测试时,微处理器将所测得的频率与预先设置好的分割点f1和f2比较,测出该瞬时频率所在的区域,然后将该频率值代入该段函数关系式,即可得到硬度值。

  超声传感器测头由于制造工艺等方面的因素,相互间存在一定的差异,而用软件设计的逼近曲线则是固定的,这势必会造成误差。系统设计时对这一问题作了必要的考虑,即可以通过键盘上的“+0.1”、“-0.1”、“+1”、“-1”补偿修正键输入校准值,微处理器对原始逼近曲线进行修正,以实现新的最佳逼近(如图5c所示)。原理如下:假定各段直线,曲线修正过程为:通过键盘将各段截距加上 , 2,或 ,微处理器按下式找出新的分割点f3111,f2。其中,b2、b3为校准后的截距值,f2为修正后的分割点,f1的寻找基于同一原理。每按一次校准键,微处理器执行一次修正程序,每次都找出一组新的y1,y2,y3和f1,f2.当然,如果分割点取3个以上精度会更高,但软件的复杂程度也随之提高。实践证明我们采用的这种处理方法,其精度足以满足工程上的一般需要。

  这种校准方法还有效地解决了测头在很宽温度范围内工作时本身的频率“偏移”问题,因此,每次正式测量之前,只要用标准试块进行校准,就可以获得很高的精度。

  (1)以单片微处理器89C为核心,实现了软硬件统一优化设计,充分发挥软件资源对测试信号进行分析、加工,自动检测系统各模块功能,自动剔除错误信息和坏值,保证了每次测量结果的正确性。

  (2)实现了硬件软化,增加了许多新功能,如多点测量平均,结果打印,布、洛、韦转换等。尤其是非线性直线拟合及面向标准试块校准等智能技术的应用,使系统精度明显提高,分辨率为0.1HRC,实测精度达0.5HRC.

  (3)集成度高,结构紧凑,硬软件都采取必要的抗干扰措施,能在较恶劣的环境下可靠工作。该硬度计交直流两用,以适合野外作业。

  近年来,硬度计市场需求变化迅速,产品结构调整迫切,特别大力推进节能减排和绿色经济,现代制造业,清洁能源,大飞机、海洋工程、智能电网等专项,城市轨道交通,民生领域等新兴产业,为硬度计行业提供了广阔的市场机会。而行业传统的服务市场,例如火电、冶金、等产业展速度放缓。未来市场需求大,机会多,变化剧烈,行业调结构、上水平任务将十分艰难。

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