通過洛氏硬度試驗國家標(biāo)準(zhǔn)對試驗誤差進(jìn)行分析

潘 偉

(西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系力學(xué)實驗室，陜西 西安 710014)

一 常見洛氏硬度試驗誤差產(chǎn)生的原因

(一)洛氏硬度計自身造成的誤差

1.試驗力的不正確。洛氏硬度值是根據(jù)壓痕殘余深度計算的，壓入深度與試驗力的大小密切相關(guān)。以C標(biāo)尺為例，洛氏硬度試驗的原理是頂角為120度金剛石錐體壓頭先后兩次壓入被測試樣，第一次施加初試驗力，第二次加主試驗力，兩次試驗力加起來為總試驗力，保持一定時間后卸載主試驗力，測量在初試驗力下殘留的壓痕深度。如果初試驗力大于基準(zhǔn)值，壓痕深度就會增大，使洛氏硬度值偏高，反之硬度值偏低。

2.壓頭問題。金剛石壓頭在使用一定時間后，造成錐體壓頭出現(xiàn)缺陷或過于粗糙，致使圓錐角和頂端球面不符合標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)圓錐角大于標(biāo)準(zhǔn)時，壓痕深度變小，測得硬度值高，對于低硬度材質(zhì)產(chǎn)生誤差較大。對于球壓頭，球體直徑、圓度及表面缺陷同樣造成硬度值誤差，當(dāng)球體壓頭直徑大于標(biāo)準(zhǔn)值時，壓痕深度變小，測得硬度值偏高，對于高硬度材質(zhì)產(chǎn)生誤差較大。

3.測試裝置穩(wěn)定性不夠。當(dāng)測試裝置不穩(wěn)定時，在測驗力作用下會產(chǎn)生彈性變形，將會引起壓痕測量深度不準(zhǔn)確。當(dāng)工作臺不夠水平時也會造成硬度值測試結(jié)果偏低。

(二)被測試樣造成的誤差

1.被測試樣表面粗糙度對測試結(jié)果的影響。在洛氏硬度試驗中被測試樣制備和質(zhì)量對洛氏硬度測試結(jié)果影響十分明顯。如果試樣表面粗糙度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，高硬度材料測試的硬度結(jié)果偏高，低硬度材料測試的結(jié)果就會偏低。

2.被測試樣表面潔凈度對測試結(jié)果的影響。試樣表面的油污、氧化也會造成測試結(jié)果偏低。

3.被測試樣表面形狀對測試結(jié)果的影響。根據(jù)洛氏硬度試驗原理，理想的試樣應(yīng)是平面的，而很多被測工件是曲面的，這樣測得的結(jié)果誤差比平面試樣大的多。

(三)試驗操作造成的誤差

1.測試標(biāo)尺不正確。在做洛氏硬度試驗時沒有根據(jù)試樣情況選擇合適的測試標(biāo)尺，若試樣硬度小于20HRC，直接用C標(biāo)尺測試，壓痕很深，誤差會增大。當(dāng)試樣硬度高于67HRC時，壓痕變淺，可能損壞壓頭。

2.加載速度和保持時間問題。在試驗中試驗力加載速度和總試驗力保持時間對測試結(jié)果有影響，加載速度快會增加慣性力，使測試結(jié)果偏低，總試驗力保持時間越長，測試結(jié)果就會越低。

3.壓痕間距問題。當(dāng)試樣上壓痕中心距離太近時，因試樣壓痕周圍的硬化會使相鄰壓痕

4.曲面試樣未按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定加修正值。在不同直徑的圓柱試樣上測得的洛氏硬度值均比平面試樣上測得的硬度值低，所以在測試曲面試樣時，測試結(jié)果必須按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定加修正值。

二 減少洛氏硬度試驗誤差的措施

任何測量都會受到隨機和系統(tǒng)兩方面的影響，所以任何測量都會有或大或小的誤差，如果我們按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求進(jìn)行測試，測量誤差就可以在一定適度上得到控制。我們在洛氏硬度試驗中可以采取以下措施，從而減小試驗誤差。

(一)定期對洛氏硬度計進(jìn)行保養(yǎng)和檢驗

1.校準(zhǔn)試驗力?？梢杂脴?biāo)準(zhǔn)塊在主軸移動范圍內(nèi)一定間隔3個位置以上進(jìn)行測試。新國家標(biāo)準(zhǔn)要求初實驗力充許誤差不大于標(biāo)稱值的±2.0%，總實驗力充許誤差不大于標(biāo)稱值的±1.0%。如果初實驗力超出標(biāo)稱值，一要檢查加力杠桿調(diào)整塊位置是否松動或改變。二要檢查加力吊盤位置是否有偏差，主軸系統(tǒng)摩擦力增大等?？傇囼灹Τ鰳?biāo)稱值時首先檢查初試驗力是否正確，其次是檢查支點刀刃和加力主刀刃是否出現(xiàn)問題。

2.檢驗壓頭。一是可以對金剛石圓錐壓頭進(jìn)行直接檢驗，在4個以上等間隔截面上測量壓頭形狀，在0.3mm壓入深度內(nèi)金剛石圓錐球面應(yīng)拋光，無表面缺陷，錐面與球面應(yīng)完全相切。按新國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，金剛石圓錐頂角應(yīng)為120°±0.35°。金剛石圓錐體軸線與壓頭柄軸線夾角應(yīng)小于0.5°。二是對球壓頭的檢驗，球的表面應(yīng)拋光無表面缺陷，新國際要求球的直徑為1.5875mm時誤差不大于0.0035mm，球直徑3.175mm時誤差不大于0.004mm。

3.檢查設(shè)備穩(wěn)固狀態(tài)?？梢杂镁葹?.2mm的水平儀校試硬度計是否水平安裝。試驗中，非平面試樣應(yīng)放置在剛性支承物上，防止試樣在試驗中位移。

(二)試驗前做好對試樣的處理

1.試驗前檢查試樣的粗糙度Ra不能大于0.8μm。達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)磨光或拋光表面。

2.選擇試樣的厚度應(yīng)是洛氏試驗殘余壓痕的10倍以上。試驗后，試樣背面不能有肉眼可見的變形痕跡。

3.試驗前應(yīng)去除試樣表面脫碳、氧化、油污等影響測試結(jié)果的因素。

(三)嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行試驗

1.試驗中應(yīng)掌握標(biāo)尺的選擇。從洛氏試驗國家標(biāo)準(zhǔn)91、94版到2004版，每個版本對標(biāo)尺范圍都進(jìn)行了擴大調(diào)整。所以，在試驗中應(yīng)按試樣硬度和厚薄根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定選擇合適的標(biāo)尺。我們在測試未知硬度的試樣時，初始測試標(biāo)尺可以選擇A標(biāo)，根據(jù)測試硬度的高低，確定是否更換壓頭或載荷。當(dāng)?shù)陀?0HRA時應(yīng)當(dāng)換用B標(biāo)尺;如果厚度允許，介于60-85HRA之間可以選擇C標(biāo)尺。

2.應(yīng)保持足夠的試驗力加載時間。對于A和C標(biāo)尺高硬度試樣，總試驗力保持時間應(yīng)在2s左右。對C標(biāo)尺中硬度和B標(biāo)尺高硬度總試驗力保持時間應(yīng)在5s-10s。C標(biāo)尺低硬度和B標(biāo)尺中硬度總試驗力保持時間一般在20s內(nèi)。

三 結(jié)語

總之，我們在做金屬洛氏硬度試驗時，應(yīng)根據(jù)試驗原理、設(shè)備的狀況、測試技術(shù)規(guī)范每一個測試步驟。首先，檢查實驗設(shè)備是否完好，壓頭是否變形磨損;試樣表面的質(zhì)量、表面和背面的平行度以及與載物臺接觸面的平整度必須符合要求;試樣在載物臺上不得有明顯晃動，與載物臺貼合緊密，平穩(wěn)放置。其次，選擇合適的標(biāo)尺和試驗力加載保持時間后正確操作洛氏硬度計進(jìn)行測試。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，在測試選點的位置、數(shù)量、分布等方面都要滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。

［1］GB/T230.1—2004《金屬洛氏硬度試驗》［S］.

［2］羅會昌.機械工程材料工藝學(xué)(第3版)［M］.北京:高等教育出版社，1990，10.