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技術(shù)文章

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里氏硬度計(jì)儀器校準(zhǔn)的試驗(yàn)原理

1　里氏硬度測(cè)試

　　裝有碳化鎢球或金剛石球的沖擊體,在一定的沖擊能量作用下,沖擊試樣表層,通過(guò)電磁感應(yīng)原理測(cè)量出沖擊體距試樣表層1 mm位置處的沖擊快速與反彈快速。里氏硬度值用沖擊測(cè)頭反彈快速vr與沖擊快速va之比來(lái)表示,計(jì)算公式如下:

　　要使上式成立,必須滿足下列兩點(diǎn):

　　a)沖擊體的反彈快速與沖擊快速應(yīng)在同一條直線上。

　　b)距試件表層1 mm位置處的沖擊能量Ea等于距試件表層1 mm位置處的反彈能量Er加上沖擊體沖擊表層時(shí)在試件表層產(chǎn)生塑性變形所需的能量Epd,不能有其它形式的能量轉(zhuǎn)化。用數(shù)學(xué)式表示為

　　2　里氏硬度計(jì)儀器校準(zhǔn)本身產(chǎn)生示值誤差的原因

　　使用里氏硬度計(jì)測(cè)試?yán)锸嫌捕戎?里氏硬度計(jì)本身會(huì)產(chǎn)生誤差。檢定/校準(zhǔn)人員一定要了解和掌握硬度計(jì)本身誤差產(chǎn)生的原因,以便能在檢定/校準(zhǔn)工作中保證里氏硬度計(jì)的準(zhǔn)確度要求。目前工作用的里氏硬度計(jì)大都是D型沖擊體,現(xiàn)以D型沖擊體為例,該沖擊

　　體的技術(shù)參數(shù)如下:

　　沖擊體質(zhì)量:m=5·5 g;

　　沖擊能量:Ea=0·011 J;

　　沖擊體直徑:Φ=3·0 mm;

　　沖擊體球頭硬度: >1500HV。

　　試件在受到?jīng)_擊體撞擊時(shí)產(chǎn)生塑性變形還是彈性變形對(duì)里氏硬度計(jì)的示值影響較大,由(2)式可知,沖擊能量一定,產(chǎn)生的塑性變形大,彈性變形小,反彈快速就小。

　　因沖擊體沖擊能量Ea=12mv2a,Ea隨質(zhì)量m的變化而變化,當(dāng)質(zhì)量m變小時(shí),Ea變小,試件表層產(chǎn)生塑性變形所吸收的Epd變小,相對(duì)Er變大,使快速vr變大，從而使硬度示值偏高,反之亦然。解決的辦法是清洗或更換沖擊體。

　　沖頭硬度偏低(<1500 HV),沖擊體沖擊試件時(shí),除試件產(chǎn)生塑性變形Epd,沖擊體沖頭自身也產(chǎn)生塑性變形E′pd,故Er變小,從而vr減小,使硬度計(jì)示值偏低,解決的辦法是更換沖頭。

　　沖擊體用的碳化鎢球徑偏小,當(dāng)沖擊體沖頭沖擊試件時(shí),沖頭壓入試件使試件產(chǎn)生塑性變形的能力增強(qiáng),即壓入試件的Epd變大,從而Er變小, vr變小,使硬度計(jì)示值偏低,反之亦然。解決方法是改變碳化鎢球面位置或更換符合幾何形狀的沖頭。

　　釋放沖擊體彈簧彈力誤差,包括使用了10萬(wàn)次以上、彈力失效等。因里氏硬度計(jì)的沖擊快速是靠彈簧彈力施加來(lái)實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)彈簧彈力變大,Ea變大,試件表層塑性變形變大,相對(duì)于Er變小,vr變小,使硬度示值偏低,反之亦然。解決的方法是更換符合彈簧彈力要求的彈簧。

　　里氏硬度計(jì)儀器校準(zhǔn)試驗(yàn)信息的采樣、數(shù)據(jù)處理及示值讀數(shù)等都是由電子線路自動(dòng)完成的。信息采樣過(guò)程主要是通過(guò)裹在導(dǎo)管上的線圈和長(zhǎng)久磁鐵(沖擊體)構(gòu)成的浸入式探測(cè)器,直接測(cè)定長(zhǎng)久磁鐵距試樣表層1mm位置處的快速,探測(cè)器隨沖擊體移動(dòng)的長(zhǎng)久磁鐵進(jìn)入和離開(kāi)線圈時(shí),探測(cè)器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生典型電壓V的曲線,如圖1所示。

　　電壓曲線是隨時(shí)間t變化的簡(jiǎn)單函數(shù)曲線,*大值Va和*小值Vr所對(duì)應(yīng)的就是沖擊體距試樣表層1 mm位置處的輸出電壓信號(hào),然后通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的硬度值輸出。所以磁力的衰減會(huì)影響感應(yīng)信號(hào)的輸出,從而影響硬度示值的準(zhǔn)確。當(dāng)里氏硬度計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行比對(duì)時(shí),如果示值超差里排除其它因素的影響,要使硬度計(jì)示值與標(biāo)準(zhǔn)塊硬度值一致,可以通過(guò)調(diào)整輸出信號(hào)的放大系數(shù)來(lái)完成。

　　3　試件對(duì)里氏硬度值的影響

　　當(dāng)沖擊體沖擊試樣表層時(shí),試件表層會(huì)出現(xiàn)小的凹陷,對(duì)于光滑的試件表層,沖擊體會(huì)沿著沖擊方向反彈回來(lái),但當(dāng)試件表層粗糙度高時(shí),沖擊體可能會(huì)改變回彈方向,影響反彈快速而影響里氏硬度示值。同時(shí)粗糙的試件表層也會(huì)吸收沖擊能量,從而減小反彈快速使里氏硬度值降低。因此,試件試驗(yàn)點(diǎn)表層應(yīng)盡量光滑、平整,粗糙度Ra值應(yīng)小于2μm(相當(dāng)于光潔度 6以上)。具體實(shí)現(xiàn)方法可用磨光機(jī)、砂輪機(jī)、砂布等對(duì)試件表層進(jìn)行光滑處理。

　　里氏硬度計(jì)儀器校準(zhǔn)的試驗(yàn)原理要求反彈快速與沖擊快速在同一條直線上,因?yàn)闆_擊體在一個(gè)金屬管中運(yùn)動(dòng),只有感應(yīng)快速信號(hào)輸出時(shí)才有里氏硬度值顯示。但由于沖擊體反彈時(shí)碰撞管壁,影響到反彈快速,因此對(duì)試驗(yàn)準(zhǔn)確度影響較大。所謂里氏硬度試驗(yàn)可進(jìn)行多個(gè)規(guī)定方向的測(cè)量是認(rèn)為所規(guī)定方向測(cè)量的影響一定,對(duì)里氏硬度計(jì)而言把這一影響當(dāng)成誤差處理,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了軟件修正。軟件修正的前提是反彈快速與沖擊快速應(yīng)在同一直線上。所以對(duì)于一些形狀復(fù)雜曲率半徑較小的試件,如何實(shí)現(xiàn)沖擊體的沖擊快速與反彈快速在同一直線上是測(cè)試的關(guān)鍵。解決的辦法是改變測(cè)量方向,或選用適當(dāng)?shù)闹?使試件在受力方向上具有足夠的剛性。

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