洛氏硬度計計量校準誤差分析

黃健明

（廣東省江門市質量計量監督檢測所，廣東 江門 529000）

洛氏硬度計具有測量范圍廣、操作簡單方便等優點，并且可在指示表上直接讀取硬度值， 是目前測量金屬、塑料等材料硬度的主要手段。工業生產中很多工件都需要以洛氏值為標準。雖然洛氏硬度計結構及操作簡單，但儀器使用不當或操作不對也將造成硬度值精度出現誤差，被測的工件硬度值錯誤，直接導致的結果就是一批工件不合格報廢，讓企業蒙受巨大的損失。筆者根據多年洛氏硬度計使用經驗，總結了一下洛氏硬度計計量校準誤差的環節及出現誤差后的處理方法。

表1 硬度數值的影響因素

1 洛氏硬度計直接校準與間接校準結果不一致的原因分析

《洛氏硬度計檢定規程》以及用金屬材料檢測洛氏硬度的實驗可以得出，如果一一校對循環時間、壓痕裝置的主軸位移等各項指標，得出的結果都與規程中所涉及的方法相符合。如果洛氏硬度的標尺高硬度值是60±2，中硬度值是45±2，低硬度值是30±2，將這些值間接地校對硬度計，就會有三種情況發生，這三種情況分別是：（1）標尺的三種的硬度值不相同，但是其偏差指向都一樣。（2）高硬度值偏差正，低硬度值偏差負。（3）高硬度值正偏差，低硬度值負偏差，如果以上的二三點情況同時發生，那么測量杠桿后得出的數值將不是最理想的修正數值，而如果過度地修正硬度計的標尺數值偏差，則會對洛氏數據進行實驗的可靠性造成影響。表1說明了參數指標的大小方向對數值精確度的影響情況。如果在校對工作過程中硬度值加減的因素同時發生，會造成完全不同的結果，這就需要對每一項的參數指標都做好一定的調整，讓它們都在同一個范圍之內，比如將偏差的數值相反的壓頭進行更換，將負荷杠桿調整到可以改變偏差的方向，這些改變可以有效避免偏差的不協調情況。

直接和間接的校準對硬度計技術和狀態的反應完全不同。前者是為了保證部件或者是系統的準確，而后者是保證兩者之間的協調以及配合，將硬度計的各種測試能力互相綜合。上述表1列出的因素遠不能說明對硬度準確數值造成影響的所有因素列表，因為每一個不同的硬度計都無法避免出現各種偏差，因此，調整好偏差是讓硬度計數值更為準確的辦法之一。根據《洛氏硬度計檢定規程》以及做過的相關實驗可知，并沒有相關的數據是偏差標準范圍內的參數，但是在允許范圍內的參數是根據洛氏硬度實驗以及硬度量的數值得來的，因此硬度計的數值偏差要小于或等于上述規程中所規定的偏差數值，只有這樣，才能保證其具備很好的系統性，所涉及到的數值才具有比較意義。

圖1 洛氏硬度計的原理

2 自動洛氏硬度計加荷保荷數值的變化對硬度數值的影響

系統的測量是有力傳感器以及位移傳感器自稱的，正如圖1，需要經過伺服電機以及液壓系統所控制，才可以測量以及控制相應的力值和位移。

在校對自動洛氏硬度計的數值時會有幾種情況發生，首先在加荷的過程中，階段的開始屬于勻速加值，等到快接近標準值的時候會逐漸轉向停頓，再循環進行，一直到無限接近標準值才會停止，具體情況看圖2的曲線圖。還有一種情況，標準力值的上下波動，調整循環，與第一種情況相同，無限接近標準值停止。上述的兩種情況的任何一種，所停頓和調整的區間都小于或等于力值誤差的范圍之中，時間不能長于規程中允許的時間，才能保證硬度計數值的正確。

圖2 自動洛氏硬度計加荷時的力值波動圖

在懸掛砝碼中會產生一定的重力，再通過杠桿傳遞到硬度計的主軸上，這種重力在工作的過程中是無法逆轉的，作用會一直停留在主軸上，并且成正比的關系，而主軸位移的曲線變化和痕深的曲線變化也保持一致。而自動的洛氏硬度計則是由于參數在一定條件的設置下控制位移參數和力值參數來進行實驗，因此，后者是因為有壓頭的作用力，從而產生了變形，主軸也會發生相應的位移，這個時候通常為了滿足標準力值，主軸驅動機會重新對位置進行設置和調整，不停地進行實驗，直到結束。如果硬度計不能滿足條件進行相應的調整，會導致力值的穩定，硬度計數值的重復性不佳。但是如果力值的波動過于大會使結果造成很大的誤差，嚴重影響低硬度值。

機械師的洛氏硬度計則需要指示盤以及標尺進行投影來表現這個實驗的過程，通常利用投影的指示以及發生變化的情況是可以判斷出某些工作環節的狀態以及某個環節發現的問題的。但是自動洛氏硬度計需要通過標識才能將工作的相關內容呈現，而且不能顯示出正確的工作狀態。所以，必須對周期洛氏硬度計的力值進行校準。在校對中看它們之間的變化請款，如果硬度計的加荷保荷變化幅度大于標準值的1%，或者是自行的調整能力過慢而對循環的要求產生了影響時，按照相關的程序和參數再次做好調整設備的工作，才能得到相應的技術支持，如果最后硬度數值太差，可以用實驗校對菜單的傳感器參數來保證硬度計的指標符合規程的相關要求。

3 機架變形使系統誤差產生的相關探討

在進行實驗的過程中，機架在加重了主負荷以后會有變形或者位移的情況發生，最后使得結果產生誤差，這種誤差在標尺硬度值的一定范圍內影響是相同的，都是系統產生的誤差。

工作臺、止推軸承等部件組成了支撐硬度計的的裝置，但是由于形式結構特別，操作比較靈活，因此在絲杠或是止推軸承等地方加上一些潤滑劑，具有一定的潤滑功效。而如果長時間沒有對機油進行維護，則會使油膜在連接的地方形成，導致部件在運行負重中擠壓油膜使得結果發生變化，狀態改變。洛氏硬度計的相關原理表示，如果主軸移動了0.002mm，就會有1HRC的誤差產生，如果支撐裝置上沒有了作用力，那么油膜就會恢復正常狀態。因此，要定期做好檢查工作，才能使其受到的影響最小。絲杠與工作臺的接觸一定要光滑而潔凈，保持之間無間隙，在加油以后要用干凈的步把浮油擦掉，擦干后保持手中無油印，這樣才能讓絲杠移動順暢。必要情況下測量工作狀態的方式可選擇用數顯千分表，具體的做法是，用硬度計施加初負荷，再對表架的支桿與數顯千分表的有一定的壓縮作用，進行調整，當數顯千分表清零以后增加主負荷，認真查看其變化，這種變化就是不正常位移后發生的變化數值。

通常來說，機架的變形會通過機架本身所具有的彈力變形以及支撐裝置發生位移以后共同作用力下產生。這種變形在同一作用力下是一樣的，即使通過校對也不會發生變化。在校對過程中適時地進行檢查和維護工作，避免這種誤差的擴大，減少錯誤的發生。

4 機械式洛氏硬度計在測量工作中的異常情況分析

機械式的洛氏硬度計是百分表的相關附件以及杠桿構成，以1比5的比例將其放大以后轉化成硬度計指示度盤，具體情況如圖3所示。

由于在工作狀態下工作臺會上升，主軸位移的作用會使得杠桿的測量發生變化指針停止，而在外力的作用中拉簧位置會張開。在一定的施加作用力情況下，測量杠桿又會向下移動，這個時候百分表測桿又會隨著主軸以及杠桿位移。去除了硬度計上的主負荷以后，彈性作用逐漸恢復，主軸的位移使得百分表的測桿也隨之移動，通常來說，隨著彈性的逐漸恢復得以克服主軸、測量桿等外力的作用，會通過百分表顯示在度盤上。如果有摩擦力或者是阻力影響了測桿的移動，又或者是測桿的支點上有油污等會使得裝置產生阻力，使用不靈活，彈性的恢復情況就會比較緩慢，偏差出現以后會導致系統誤差。

如果卸除了主負荷后，度盤上的指針已經停止但有細微的走動，那就說明測量裝置可能存在了一些摩擦，這時就要打開蓋子，抬起測量桿，檢查一下是不是發生了卡阻的情況，然后松開手看看走針的運行情況，是否平穩而勻速，查看螺栓有沒有上緊，直到確定了百分表的外殼和機體沒有配合上的松動以后才通過。上述的方法，可以及時發現并解決出現的問題。

結語

綜上所述，影響洛氏硬度計測量結果準確性的因素很多，它們對洛氏硬度計測試結果準確性的影響偶爾是獨立的，更多的是相互交叉重疊而產生的綜合現象。因此，當洛氏硬度計出現校準誤差時，不能簡單地處理和下結論，應通過問題現象結合硬度計的結構特點，由表及里逐步分析判斷，找出問題存在的主因，使存在的誤差問題得以正確解決。

[1]高亞利，張莉，盧勁松.洛氏硬度計檢定中常見各種誤差及處理方法[J].計量與測試技術，2001（03）.

[2]國家質量監督檢驗檢疫總局，全國力值、硬度計量技術委員會.JJG112－2003金屬洛氏硬度計檢定規程[S].北京:中國計量出版社，2003.

[3]國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.GB/T 230.1－2009 金屬材料 洛氏硬度試驗 第一部分:試驗方法（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺）.北京：中國標準出版社，2009.

[4]國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.GB/T 230.2－2012 金屬材料 洛氏硬度試驗 第二部分:硬度計（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺的檢驗與校準）.北京：中國標準出版社，2012.