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里氏硬度计的测量标准及使用、操作规程 里氏硬度计由于具有携带方便、操作简单、检测迅速和测值准确等特点,在金属硬度的检测工作中得到了广泛的应用,国家有关部门也相继颁布了里氏硬度计一系列标准,下面分别做一简单介绍。一.《里氏硬度计技术条件》ZBN71010-90 此标准属于行业标准。规定了里氏硬度计的技术条件、试验(检验)方法、检验规则、成套性及标志、包装、随机文件等内容。标准规定:1.硬度计应在下列条件下正常工作:环境温度0~40℃,相对湿度不大于90%;周围环境无振动和无强烈磁场、无腐蚀性介质。2.冲头上碳化钨球的硬度应不低于1500HV。3.误差:示值相对误差不超过±0.8%;示值重复性相对误差应不大于1%。4.里氏硬度与布氏硬度、洛氏硬度维氏硬度的换算误差见下表(E=210000N/mm2)里氏硬度计布氏、洛氏、维氏硬度换算误差414-531 HL504-605 HL642-721 HL767-860 HL647-712 HL150-250 HB25-35 HRC40-50 HRC55-65 HRC400-500 HV±13 HB±2 HRC±2 HRC±2 HRC±20 HV5.成套供应的硬度计应包括:·里氏硬度计冲击装置;·显示装置;·φ90×55相当于800±50HL里氏值的硬度块。二.《里氏硬度计》JJG747-1999 该标准属于国家计量检定规程。规程中概述了里氏硬度计的试验原理、冲击装置的技术参数、里氏硬度计的技术条件、检定条件和硬度换算对照值。规程的主要特点为:给出了各种型号冲击装置的主要技术参数。规定了标准里氏硬度块的技术要求。给出了维氏硬度与里氏硬度在标准试块上的换算值。给出了布氏硬度与里氏硬度在标准试块上的换算值。三.《金属里氏硬度试验方法》GB/T17394-1998此标准为国家最新标准.标准中规定了金属里氏硬度试验的试验原理、符号、试样、试验仪器、试验、试验结果处理及试验报告。标准的主要特点为:规定了试样的主要技术指标,包括:表面粗糙度、重量、最小厚度、最小表面硬化层深度和最小曲率半径。说明了对试样进行里氏硬度检验的试验方法。给出了对于多种材料的里氏硬度与其它硬度的转换表,材料包括:碳钢、铸钢、铸铁、低合金钢、铸铝、铜锌合金、铜锡合金、纯铜。四.《黑色金属硬度及强度换算值》GB/T1172-1999 该标准为国家标准。标准中列出了黑色金属硬度与强度的换算值,包括的主要钢系有:不锈钢和碳钢、铬钢、铬钒钢、铬镍钢、铬钼钢、铬镍钼钢、铬锰硅钢、超高强度钢。里氏硬度计中所附带的里氏硬度与强度的换算数据是依据该国家标准得到的。时代集团公司在1984年国内首家自行开发研制了里氏硬度计产品,20多年来,产品遍布全国各地各行各业,为中国的用户提供的换算数据表均符合上述国家标准;为国外的用户提供的换算数据表符合国际标准的标准。五.里氏硬度计的标定里氏硬度计由于具有携带方便、操作简单、检测迅速和测量准确等特点,在世界范围的工作领域内得到了广泛应用。由于人们的习惯和已延用多年的硬度计量标准,目前在实际进行硬度测试时,普遍使用的还是布氏、洛氏、维氏和肖氏等硬度测试方法。这其中具有代表性的是北京时代之峰科技有限公司生产的硬度计,此公司在1984年国内首家自行开发研制了里氏硬度计产品,其中时代集团公司生产的北京时代里氏硬度计新产品包括一体式里氏硬度计、数显里氏硬度计等无损硬度计。里氏硬度试验方法是近20年才出现的,若完全直接使用里氏硬度试验方法进行硬度测试尚须时日。目前为兼顾里氏硬度计的实用性和传统硬度计量标准的要求,满足硬度测试工作的需要,人们往往要把里氏硬度值转换成布氏、肖氏、洛氏和维氏等硬度值。里氏硬度值是否能直接转换成其它硬度值,这与使用的冲击装置和被测硬度材料是有关系的,建立不同硬度值之间的转换关系,往往需要人们进行大量的工作。
用一定质量的冲击体在弹力作用下以一定速度冲击试样表面,用冲头在距离试样表面1mm处的回弹速度与冲击速度之比计算出的数值就是所谓的里氏硬度值。 里氏硬度计实际上是肖氏硬度计的改进型,它们测定的都是冲击体在试样表面经试样塑性变形消耗能量后的剩余能量。 里氏硬度的计算公式如下: HL=1000×UR/UA 式中:HL ————里氏硬度符号 UA ————球头的冲击速度,m/s; UR ————球头的反弹速度。 里氏硬度计仪器轻巧,测试简便,快速,读数方便,非常适于检测硬度范围较宽的金属材料。并且可以从不同方向进行测试,非常适于在现场对大型工件、组装件进行硬度测试,里氏硬度计相比于肖氏硬度计有了很大的技术进步。 里氏硬度试验要求试样有一定的质量和厚度,不太适用于测试小工件。 里氏硬度计主要用于在现场快速测试大型的、组装的、不便移动的、不允许切割试样的工件,用于测试大型模具、大型锻造件、铸造件,可以灵活地测试大型工件不同部位的硬度。里氏硬度计是大型工件硬度测试上非常有效实用的检测手段。
里氏硬度测试技术概述___时代TH140/TH160/HLN-11A便携式硬度计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,依据里氏硬度理论制造的里氏硬度仪改变了传统的硬度测试方法。由于硬度传感器小如一只笔,可以手握传感器在生产现场直接对工件进行各种方向的硬度检测,因此是其它台式硬度仪所难以胜任的。自里氏硬度仪诞生以来,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",国家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:HL=Vb/Va×1000 Vb:表示反弹速度 Va:表示冲击速度 二、里氏硬度仪的特点 1、肖氏及里氏硬度均属动载测试法,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;而里氏就不同了,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。2、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。而里氏硬度仪无需工作台,其硬度传感器小如一只笔,可用手直接操作,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。三、里氏硬度的相关因素 里氏硬度试验法既然是动载测试法,那么里氏硬度值必然与金属材料的弹性模量E有关.而材料的不同所对应的弹性模量也不同所以里氏硬度仪是按材料种类进行分类测试的。四、里氏硬度与其它硬度的转换 里氏硬度值与其它硬度值(HRC、HRB、HB、HV、HSD)之间有对应关系.因此可将里氏值(HL)转换成其它硬度值.里氏硬度仪可通过机内微电脑进行自动转换。五、里氏硬度与其它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。六、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,不应有氧化皮及其它污物,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: 1、 试件曲率对精度的影响, 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。 2、数据换算产生的误差 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,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。 3、特殊材料引起为误差 存储在硬度仪中的换算表对以下钢种可能产生偏差: 高合金钢 ◆所有奥氏体钢 ◆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。 ◆局部冷却硬化,例如由于切割或不适当的试样制备也会引起HL值偏高。 磁性钢 ◆在检验磁性材料硬度时,由于磁场影响,会使HL值偏低,如磁场较强,建议不用此种测试方法。 表面硬化钢 ◆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。 对于特殊材料可用以下方法,自己建立对比关系。 ◆试验面必须仔细制备 ◆如不进行耦合,选择的试样足寸尽可能大 ◆试样硬度在硬度仪换算范围内 ◆用相应测量范围的硬度块检查静态硬度计准确性。 ◆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。 4、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。 5、材料弹性、塑性的影响 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。 根据材料的弹性模量。合金类型及热处理状态可以对各种材料分类。 6、热轧方向造成构误差 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)。 7、其它因素的影响 对管件测试时需注意以下几点: ◆管件注意稳固支撑 ◆测试点应靠近支撑点且与支撑力平行 ◆管壁较薄时在管内放入适当芯子 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!