里氏硬度計的概述
一、什么是里氏硬度
里氏硬度的概念是由瑞士Dr.Dietmar Leeb博士提出來的,它是一種動態(tài)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,定義為里氏硬度值,以HL表示里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、里氏硬度儀的特點
1、肖氏及里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;而里氏就不同了,里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(xiàn)場使用,特別是需測試大、重型工件時。由于硬度計工作臺無法容納,所以根本無法檢測。而里氏硬度儀無需工作臺,其硬度傳感器小如一只筆,可用手直接操作,無論是大、重型工件還是幾何尺寸復(fù)雜的工件都能容易地檢測。
三、里氏硬度的相關(guān)因素
里氏硬度試驗法既然是動載測試法,那么里氏硬度值必然與金屬材料的彈性模量E有關(guān).而材料的不同所對應(yīng)的彈性模量也不同所以里氏硬度儀是按材料種類進(jìn)行分類測試的。
四、里氏硬度與其它硬度的轉(zhuǎn)換
里氏硬度值與其它硬度值(HRC、HRB、HB、HV、HSD)之間有對應(yīng)關(guān)系.因此可將里氏值(HL)轉(zhuǎn)換成其它硬度值.里氏硬度儀可通過機(jī)內(nèi)微電腦進(jìn)行自動轉(zhuǎn)換。
五、里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(xiàn)為壓痕的大小或深度;里、肖氏硬度考察的是材料的彈性形變,表現(xiàn)為反彈速度的大小或高度。
六、里氏硬度儀對測量的要求
1、 試樣表面的要求
測試面應(yīng)有金屬光澤,不應(yīng)有氧化皮及其它污物,表面粗糙度應(yīng)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(zhì)量及剛性以保證在重建過程中不產(chǎn)生位移或彈動,質(zhì)量應(yīng)符
合如下要求:
沖擊裝置類型 | 試樣質(zhì)量(Kg) | ||
穩(wěn)定放置 | 固定或夾持 | 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、 試樣厚度要求
試樣應(yīng)有足夠的厚度,zui小厚度應(yīng)符合如下要求:
沖擊裝置類型 | 試樣zui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(yīng)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(yīng)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(yīng)使用適當(dāng)?shù)闹苇h(huán),以保證沖擊頭沖擊瞬間位置偏差在0.5mm之內(nèi)。
6、 試樣不應(yīng)帶有磁性。
7、 每個測量點間距應(yīng)大于3~4mm,不可在同一點上重復(fù)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
由于里氏硬度儀是在動態(tài)力作用下測定金屬硬度的,所以影響測試結(jié)果準(zhǔn)確性的因素比較多,故應(yīng)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(shù)和數(shù)據(jù)處理等幾個關(guān)健環(huán)節(jié),下面將就一些具體問題探討一下:
1、 試件曲率對精度的影響,
在現(xiàn)場工作中,經(jīng)常遇到曲面的試件,各種曲面對硬度測試結(jié)果的影響不同,在正確操作的情況下,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(huán)即可。但當(dāng)曲率小到一定尺寸時,由于平面條件的變形和彈性狀態(tài)相差顯著,會使沖頭回彈速度偏低,從而使里氏硬度示值偏低。
2、數(shù)據(jù)換算產(chǎn)生的誤差
里氏硬度換算為其他硬度時的誤差包括兩個方面,一方面是里氏硬度本身測量誤差,里氏硬度換算為其他硬度時的誤差包括兩個方面,一方面是里氏硬度本身測量誤差,這涉及到 按同一方法重復(fù)進(jìn)行試驗時的分散和對于多臺同型號里氏硬度計的誤差。另一方面是比較不同硬度試驗方法所測硬度產(chǎn)生的誤差,這是由于各種硬度方法之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、肖氏硬度標(biāo)準(zhǔn)塊直接確定
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產(chǎn)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(zhì)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(yīng)在橫截面上進(jìn)行測試。
◆局部冷卻硬化,例如由于切割或不適當(dāng)?shù)脑嚇又苽湟矔?/span>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(qiáng),建議不用此種測試方法。
表面硬化鋼
◆表面產(chǎn)生硬化的材料,尤其是經(jīng)表面處理的鋼,由于基體軟,會使HL值偏低,當(dāng)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(guān)系。
◆試驗面必須仔細(xì)制備
◆如不進(jìn)行耦合,選擇的試樣足寸盡可能大
◆試樣硬度在硬度儀換算范圍內(nèi)
◆用相應(yīng)測量范圍的硬度塊檢查靜態(tài)硬度計準(zhǔn)確性。
◆在試樣上用靜態(tài)硬度計測三個點,并在壓痕周圍用里氏變度儀測五個值,取其平均值。比較兩種方法測出的硬度值即可得出誤差范圍。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,里氏硬度儀對于模數(shù)大于7的齒輪齒面的檢測是可以保證度的,但齒輪模數(shù)小于7時,由于齒面較??;測試誤差相對較大,對此,用戶可根據(jù)情況設(shè)計相應(yīng)的工裝,將有利于減小誤差。
5、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(dāng)材料的靜態(tài)硬度相同,而E值大小不同時。E值低的材料,HL值較大。
根據(jù)材料的彈性模量。合金類型及熱處理狀態(tài)可以對各種材料分類。
6、熱軋方向造成構(gòu)誤差
當(dāng)被測工件系熱軋工藝成型時,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:測圓柱件截面硬度時,應(yīng)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(wěn)固支撐
◆測試點應(yīng)靠近支撐點且與支撐力平行
◆管壁較薄時在管內(nèi)放入適當(dāng)芯子
在熱處理過程中,有時會造成金屬材質(zhì)發(fā)生改變(如20Cr鋼經(jīng)滲碳-淬火后由合金結(jié)構(gòu)鋼變成低合金工具鋼),在此情況下,應(yīng)注意選擇適當(dāng)?shù)慕饘俨牧稀?/span>
工件本身的硬度離散性也造成試值誤差,應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗分析硬度分布,合理解釋試值誤差。操作方法、試樣制備、探頭配置如不正確,也會造成誤差。
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