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(lái)的,它是一種動(dòng)態(tài)硬度試驗(yàn)法。硬度傳感器的沖擊體在與被測(cè)工件沖擊過(guò)程中,距工件表面1mm時(shí)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(jì)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(diǎn)
1、肖氏及里氏硬度均屬動(dòng)載測(cè)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(shì)必在實(shí)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(guò)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(jì).由于體積龐大,不便于在現(xiàn)場(chǎng)使用,特別是需測(cè)試大、重型工件時(shí)。由于硬度計(jì)工作臺(tái)無(wú)法容納,所以根本無(wú)法檢測(cè)。而里氏硬度儀無(wú)需工作臺(tái),其硬度傳感器小如一只筆,可用手直接操作,無(wú)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(cè)。
三、里氏硬度的相關(guān)因素
里氏硬度試驗(yàn)法既然是動(dòng)載測(cè)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(duì)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(cè)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(duì)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(guò)機(jī)內(nèi)微電腦進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換。
五、里氏硬度與其它硬度的分類對(duì)比及檢測(cè)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(duì)測(cè)量的要求
1、 試樣表面的要求
測(cè)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(guò)程中不產(chǎn)生位移或彈動(dòng),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(duì)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(duì)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(gè)測(cè)量點(diǎn)間距應(yīng)大于3~4mm,不可在同一點(diǎn)上重復(fù)測(cè)試,否則會(huì)引起較大的誤差。同時(shí) 會(huì)減短傳感器的使用壽命。
七、影響測(cè)試精度的幾個(gè)問(wèn)題
由于里氏硬度儀是在動(dòng)態(tài)力作用下測(cè)定金屬硬度的,所以影響測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的因素比較多,故應(yīng)對(duì)這些因素如以一定的限制,主要包括: 試驗(yàn)條件、試驗(yàn)對(duì)象、操作技術(shù)和數(shù)據(jù)處理等幾個(gè)關(guān)健環(huán)節(jié),下面將就一些具體問(wèn)題探討一下:
1、 試件曲率對(duì)精度的影響,
在現(xiàn)場(chǎng)工作中,經(jīng)常遇到曲面的試件,各種曲面對(duì)硬度測(cè)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(shí),由于平面條件的變形和彈性狀態(tài)相差顯著,會(huì)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(shí)的誤差包括兩個(gè)方面,一方面是里氏硬度本身測(cè)量誤差,里氏硬度換算為其他硬度時(shí)的誤差包括兩個(gè)方面,一方面是里氏硬度本身測(cè)量誤差,這涉及到 按同一方法重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的分散和對(duì)于多臺(tái)同型號(hào)里氏硬度計(jì)的誤差。另一方面是比較不同硬度試驗(yàn)方法所測(cè)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(cè)量不可靠性影響的原因。
本儀器的硬度換算是自動(dòng)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(chǔ)在硬度儀中的換算表對(duì)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(huì)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(cè)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?huì)引起HL值偏高。
磁性鋼
◆在檢驗(yàn)磁性材料硬度時(shí),由于磁場(chǎng)影響,會(huì)使HL值偏低,如磁場(chǎng)較強(qiáng),建議不用此種測(cè)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(huì)使HL值偏低,當(dāng)硬化層大于0.8mm時(shí)(C型沖擊裝置為0.2mm),則不影響HL值。
對(duì)于特殊材料可用以下方法,自己建立對(duì)比關(guān)系。
◆試驗(yàn)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(cè)量范圍的硬度塊檢查靜態(tài)硬度計(jì)準(zhǔn)確性。
◆在試樣上用靜態(tài)硬度計(jì)測(cè)三個(gè)點(diǎn),并在壓痕周圍用里氏變度儀測(cè)五個(gè)值,取其平均值。比較兩種方法測(cè)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(cè)的誤差
一般情況下,里氏硬度儀對(duì)于模數(shù)大于7的齒輪齒面的檢測(cè)是可以保證度的,但齒輪模數(shù)小于7時(shí),由于齒面較?。粶y(cè)試誤差相對(duì)較大,對(duì)此,用戶可根據(jù)情況設(shè)計(jì)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?yàn)閮烧叩某煞直厝皇枪餐瑴y(cè)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(shí)。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(duì)各種材料分類。
6、熱軋方向造成構(gòu)誤差
當(dāng)被測(cè)工件系熱軋工藝成型時(shí),如果測(cè)試方向與軋制方向一致,會(huì)因彈性模量"E"偏大而造成測(cè)試值偏低,故測(cè)試方向應(yīng)垂直于熱軋方向。例如:測(cè)圓柱件截面硬度時(shí),應(yīng)在徑向測(cè)試為好(一般圓柱件熱軋方向?yàn)檩S向)。
7、其它因素的影響
對(duì)管件測(cè)試時(shí)需注意以下幾點(diǎn):
◆管件注意穩(wěn)固支撐
◆測(cè)試點(diǎn)應(yīng)靠近支撐點(diǎn)且與支撐力平行
◆管壁較薄時(shí)在管內(nèi)放入適當(dāng)芯子
在熱處理過(guò)程中,有時(shí)會(huì)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(yàn)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(huì)造成誤差。