金屬布氏硬度計示值超差的調整方案探討

摘要：目前，我國的金屬布氏硬度計在自動完成載荷的大小、承受外力變形的尺度和保壓加載時間的過程中，是由一個轉換開關對電機正反旋轉進行計量的。但是當同時疏導的四個觸點中一個接觸不良，彈簧片發生斷裂時導致金屬布氏硬度計的計示值超差產生的問題。對其進行針對性的改造，得到了最佳的效果。

關鍵詞：金屬布氏硬度計；示值超差；加載時間；正反旋轉；保壓加載 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH715 文章編號：1009-2374（2015）33-0058-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.031

金屬布氏硬度計是按照國家計檢規程的要求所開發的測量金屬布氏硬度的計量儀器。眾所周知，硬度是物體承受外力變形的程度。但事實上，硬度的概念是對物體承受外力變形程度進行評價，并沒有統一的計數單位。布氏硬度評價是變形程度的幾何長度，其單位與壓強相同，但其實際意義卻與壓強截然不同。金屬布氏硬度實驗是在1900年在對軋制組織的研究過程中被提出來而得名的。金屬布氏硬度實驗結果的重復性與較強的精準度，使金屬布氏硬度得到廣泛的應用。

1 金屬布氏硬度測試的三要素

金屬布氏硬度測試的三要素，包括載荷的大小、承受外力變形的尺度和保壓的加載時間：

第一，載荷的大小表示著壓迫程度的強弱。載荷越大，壓迫程度就越大；相反的，載荷越小，壓迫程度也越小。

第二，承受外力變形的尺度表示著壓迫的面積，壓迫面積越大，式樣組織的真實性就越高；相反的，壓迫面積越小，式樣組織的真實性就越低。此外，當載荷達到一定程度時，壓迫程度越大，壓迫面積的應力越小，致使壓迫的深度變淺。

第三，保壓的加載時間是指載荷從零直至最大值時所用的時間，反映的是在緩沖的過程中沖擊程度的強弱。保壓的加載時間的長短反映了式樣變形的充分程度，時間越長，充分程度越強。

從力學的角度來講，硬度的概念是反映金屬承受壓迫的程度，也是反映金屬承受硬化的程度。應力與載荷持續的時間是決定金屬壓迫程度的決定性因素，同時也是在常溫下金屬壓迫程度的最主要且唯一的因素。因此，金屬布氏硬度測試的核心是載荷的大小、承受外力變形的尺度和保壓的加載時間這三個要素。當這三個要素滿足時，被測物體所受的壓迫程度是必然的，并具有相對應的穩定的關系。這就是金屬布氏硬度測試的理論依據。

2 金屬布氏硬度計示值超差的原因

分析研究表明，金屬布氏硬度計示值超差的原因

如下：

第一，金屬布氏硬度計其壓頭是完好的，但是鋼球的壓頭是否完好無損是無法判定的。

第二，預計的負荷88H是正確的，總負荷1367H是正確的，但488H和870H是否符合標準是無法判定的。

第三，其中顯示計示值的部分應該保持良好的運行，并能夠準確地測出高、中、低三值。

除上述因素以外，應該確定以下三點：（1）鋼球壓頭是否完好無損；（2）488H力值檔是否正常；（3）870H力值檔是否正常。

金屬布氏硬度計示值超差產生的過程：

測定各力值檔采用1367H檔，并使用C、D、E砣，旋動按鈕到1367H時，上下托叉應處于下落位置；但實際運行中，上托叉會被卡住，無法落下。與此同時，托叉松動，在進行加荷時，吊桿會逐漸降落12mm左右，砝碼會被卡住同時也會降落，力值為1367H。

測定各力值檔采用檔，同時使用C、D砣，不使用E砣。旋動按鈕到870H時，上托叉會上升到水平的位置托住E砣，下托叉在降落的位置。加荷時，吊桿落下，由于上托叉E砣傾斜，與吊桿進行摩擦，力值會產生偏差。

測定各力值檔采用488H，只使用C砣，不使用D、E砣。旋動按鈕到488H時，上托叉會上升到水平的位置，下托叉也會上升到水平的位置，同時托住D、E砣。加荷時，吊桿落下，由于上托叉D砣與下托叉的E砣傾斜，與吊桿產生摩擦，力值會產生偏差。

因此，可以得出金屬布氏硬度計示值超差的原因是“單側性傾斜掛于托叉”。

出現“單側性傾斜掛于托叉”的原因是：（1）金屬布氏硬度計在定置后被搖晃或者搬運過；（2）托叉之間的距離過大造成一邊托叉脫出；（3）旋轉按鈕在改變力值時由于過快造成脫出。

在實際的運行過程中，（1）、（3）情況的發生是可以避免的，（2）情況應該對托叉之間的距離進行適當調整。

3 金屬布氏硬度計示值超差的調整方案

3.1 開關系統的更改方案

（1）對電器的控制路線重新進行連接與更改；（2）將原有的機械性啟動按鈕更改成電器控制式按鈕；（3）為使電機能夠正反旋轉，需要在中間增加兩個繼電器換接三相電源，利用繼電器常開、常閉功能控制開關；（4）為使金屬布氏硬度計在卸掉負荷后使—、—兩組觸電在疏通的狀態，必須拆除換向開關的彈簧片；（5）從表面與維護的角度考慮，將所增加的電器元件統一安放在同一塊絕緣板上。

3.2 改造后的電路系統的原理

當加荷時，按下啟動按鈕，繼電器的觸電與按鈕的觸電并聯，起到自我保護的作用當電機朝正方向轉動，并帶動減速器轉動，施加負荷。一段時間過后，當調動板觸碰轉向擋銷的時候，轉向開關反向接通。即—、—兩組觸點會斷開；同時—、—兩組觸電會接通，電機會反方向轉動，并帶動減速器，卸掉負荷。當固定板觸碰擋銷時，撥桿也會隨之旋轉。即—、—兩組觸點會斷開，同時—、—兩組觸電會接通。因此，電機旋轉中止。

3.3 開關改造后的特點

（1）由于運用了繼電器，避免了因頻繁的按動開關而引起的觸點過燒現象，保證了金屬布氏硬度計的正常工作；（2）無論電機向正反方向旋轉，都會有兩組觸點進行疏通。即使只有一個觸點，電機也同樣會正常工作。也就是說，即使所有觸點都未疏通，只要電壓不被放在電機繞組的兩側，電機也會正常工作；（3）在操控線路中加入一支發光二極管，如果金屬布氏硬度計在正常工作的情況下發出聲響或者電機停止轉動，故障的原因就會很容易地被找出；（4）電器按鈕被更換后，排除了原有的機械式按鈕故障的發生。

4 結語

運用布氏硬度測試的載荷的大小、承受外力變形的尺度和保壓的加載時間的實驗原理。經過對改造后的金屬布氏硬度計進行運行的測試，其各項技術都達到了規定的指標。通過運行，金屬布氏硬度計并未進行過調整與修理，并保證了正常的生產運行。改造后的金屬布氏硬度計安全性更高、可靠性更強，同時減少了維修人員的工作量，因此，促進了金屬布氏硬度計的發展。

參考文獻

[1] 劉吉萍.布氏硬度不確定度評定[J].現代計量測試，2001，（6）.

[2] 曹新江.論里氏硬度計在實際應用中的常見問題及處理方法[J].中國科技博覽，2012，（37）.

[3] 孫慶軍.里氏硬度計不確定度評定影響因素分析[J].計量與測試技術，2011，38（9）.

[4] 郭京洋，張廠興，王強.里氏硬度計的原理及注意事項[J].中國材料科技與設備，2012，8（2）.

[5] 李旭東，穆志韜，劉治國，等.LY12CZ航空鋁合金腐蝕疲勞端口研究[J].裝備環境工程，2013，10（4）.

[6] 張建堃，陳國宏，王家慶，等.干/濕NaCl鹽霧條件下鋼芯鋁絞（ACSR）導線腐蝕層結構及腐蝕機理[J].腐蝕與防護，2010，31（8）.

[7] 黃開志.標準金屬布氏硬度塊測量不確定度評定[J].兵器材料科學與工程，2009，（3）.

[8] 樊夢婷，楊華斌，曹繼敏.工業純鈦中的形變孿晶演變及其穩定性研究[J].稀有金屬，2013，37（2）.

作者簡介：李磊（1966-），男（回族），遼寧奉城人，河北省秦皇島市計量測試研究所助理工程師，研究方向：力學測試。

（責任編輯：陳 潔）