试件对里氏硬度值的影响

 

1　里氏硬度测试

　　装有碳化钨球或金刚石球的冲击体,在一定的冲击能量作用下,冲击试样表面,通过电磁感应原理测量出冲击体距试样表面1 mm位置处的冲击速度与反弹速度。里氏硬度值用冲击测头反弹速度vr与冲击速度va之比来表示,计算公式如下:

　　要使上式成立,必须满足下列两点:

　　a)冲击体的反弹速度与冲击速度应在同一条直线上。

　　b)距试件表面1 mm位置处的冲击能量Ea等于距试件表面1 mm位置处的反弹能量Er加上冲击体冲击表面时在试件表面产生塑性变形所需的能量Epd,不能有其它形式的能量转化。用数学式表示为

　　2　里氏硬度计本身产生示值误差的原因

　　使用里氏硬度计测试里氏硬度值,里氏硬度计本身会产生误差。检定/校准人员一定要了解和掌握硬度计本身误差产生的原因,以便能在检定/校准工作中保证里氏硬度计的准确度要求。目前工作用的里氏硬度计大都是D型冲击体,现以D型冲击体为例,该冲击

　　体的技术参数如下:

　　冲击体质量:m=5·5 g;

　　冲击能量:Ea=0·011 J;

　　冲击体直径:Φ=3·0 mm;

　　冲击体球头硬度: >1500HV。

　　试件在受到冲击体撞击时产生塑性变形还是弹性变形对里氏硬度计的示值影响较大,由(2)式可知,冲击能量一定,产生的塑性变形大,弹性变形小,反弹速度就小。

　　因冲击体冲击能量Ea=12mv2a,Ea随质量m的变化而变化,当质量m变小时,Ea变小,试件表面产生塑性变形所吸收的Epd变小,相对Er变大,使速度vr变大，从而使硬度示值偏高,反之亦然。解决的办法是清洗或更换冲击体。

　　冲头硬度偏低(<1500 HV),冲击体冲击试件时,除试件产生塑性变形Epd,冲击体冲头自身也产生塑性变形E′pd,故Er变小,从而vr减小,使硬度计示值偏低,解决的办法是更换冲头。

　　冲击体用的碳化钨球径偏小,当冲击体冲头冲击试件时,冲头压入试件使试件产生塑性变形的能力增强,即压入试件的Epd变大,从而Er变小, vr变小,使硬度计示值偏低,反之亦然。解决方法是改变碳化钨球面位置或更换符合几何形状的冲头。

　　释放冲击体弹簧弹力误差,包括使用了10万次以上、弹力失效等。因里氏硬度计的冲击速度是靠弹簧弹力施加来实现的,当弹簧弹力变大,Ea变大,试件表面塑性变形变大,相对于Er变小,vr变小,使硬度示值偏低,反之亦然。解决的方法是更换符合弹簧弹力要求的弹簧。

　　里氏硬度计试验信息的采样、数据处理及示值读数等都是由电子线路自动完成的。信息采样过程主要是通过裹在导管上的线圈和永久磁铁(冲击体)构成的浸入式探测器,直接测定永久磁铁距试样表面1mm位置处的速度,探测器随冲击体移动的永久磁铁进入和离开线圈时,探测器内会产生典型电压V的曲线,如图1所示。

　　电压曲线是随时间t变化的简单函数曲线,最大值Va和最小值Vr所对应的就是冲击体距试样表面1 mm位置处的输出电压信号,然后通过数据采集系统和数据处理系统将其转换为相应的硬度值输出。所以磁力的衰减会影响感应信号的输出,从而影响硬度示值的准确。当里氏硬度计采用标准块进行比对时,如果示值超差里排除其它因素的影响,要使硬度计示值与标准块硬度值一致,可以通过调整输出信号的放大系数来完成。

　　3　试件对里氏硬度值的影响

　　当冲击体冲击试样表面时,试件表面会出现小的凹陷,对于光滑的试件表面,冲击体会沿着冲击方向反弹回来,但当试件表面粗糙度高时,冲击体可能会改变回弹方向,影响反弹速度而影响里氏硬度示值。同时粗糙的试件表面也会吸收冲击能量,从而减小反弹速度使里氏硬度值降低。因此,试件试验点表面应尽量光滑、平整,粗糙度Ra值应小于2μm(相当于光洁度 6以上)。具体实现方法可用磨光机、砂轮机、砂布等对试件表面进行光滑处理。

　　里氏硬度计的试验原理要求反弹速度与冲击速度在同一条直线上,因为冲击体在一个金属管中运动,只有感应速度信号输出时才有里氏硬度值显示。但由于冲击体反弹时碰撞管壁,影响到反弹速度,因此对试验准确度影响较大。所谓里氏硬度试验可进行多个规定方向的测量是认为所规定方向测量的影响一定,对里氏硬度计而言把这一影响当成误差处理,对试验结果进行了软件修正。软件修正的前提是反弹速度与冲击速度应在同一直线上。所以对于一些形状复杂曲率半径较小的试件,如何实现冲击体的冲击速度与反弹速度在同一直线上是测试的关键。解决的办法是改变测量方向,或选用适当的支撑,使试件在受力方向上具有足够的刚性。

　和刚性,试件会发生较大的缓冲或位移而吸收冲击能量从而引起硬度示值偏低。任何有效的试验都要尽可能减少外来干涉和干扰,里氏硬度必须在稳定的系统内测试。