影響便攜式里氏硬度計檢測結果的主要原因分析

石聰　陳海濤　周希玉

摘 要：便攜式里氏硬度計由于其體積小便于攜帶，對材料表面損傷較小，可以很方便快捷的對多種類、多形狀的原材料進行硬度檢測，并能實現在不同硬度之間進行相互轉換，大大提高了檢驗員的現場檢驗效率，因此在我單位各個分子公司在硬度檢測中應用較多。但是由于檢驗員對工作原理了解不夠、操作不當等給檢驗數據帶來較大誤差，從而引起了許多不必要的檢測異議。本文以公司常用的TH110型號里氏硬度計為例，分析找出這些影響檢測結果的因素，使得檢驗員以及其他使用者加以規避，提高里氏硬度檢測結果的準確性為目的。

關鍵詞：TH110；里氏硬度；原因

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.040

1 里氏硬度的檢測原理

里氏硬度試驗方法是一種動態硬度試驗法，用規定質量的沖擊體在彈簧力作用下以一定速度垂直沖擊試樣表面，以沖擊體在距試樣表面1mm處的回彈速度（VR）與沖擊速度（VA）的比值來表示材料的里氏硬度。

HL=1000（VR/VA）

2 影響里氏硬度測量準確性的原因

2.1 沖擊裝置的選擇（圖1）

D型：常規測量 DC型：測量孔或圓柱筒內

DL型：測量細長窄槽 C型：測量小輕薄部件及表面硬件層

D+15型：測量溝槽或凹入的表面 G型：厚重及表面較粗糙的鑄鍛件

E型：測量硬度極高的材料

檢測標準中規定了八種沖擊裝置，常用的有以上幾種，檢驗員可根據本單位的實際情況配置不同的沖擊裝置。沖擊裝置內部有一沖擊球，由于硬度計使用時間較長，沖擊次數較多，容易造成球頭的磨損和表面狀態的變化，檢驗員員應定期對球頭進行更換，從而降低里氏硬度的誤差。

2.2 支撐裝置的選擇

除DL類型沖擊裝置外，其余沖擊裝置在沖擊頭位置，都配有支撐環。并且支撐環上帶有橡膠涂層。在實際檢測中，我們要特別注意支撐環底面的清理。由于硬度計在現場檢測，往往會在此積累塵土、碎屑等，這些將會降低沖擊速度。在檢測開始前，首先要目視檢查底部是否干凈，并予以清理。

特別要注意對于曲面試樣的檢測，試樣的試驗面最好是平面。當被測試樣表面曲率半徑R小于30mm（D、DC、D+15、C、E、DL型沖擊裝置）和小于50mm（G型沖擊裝置）時，應使用小支承環或異型支承環。

2.3 沖擊方向的選擇（圖2，圖3）

由文中1.里氏硬度的檢測原理我們可以知道，回彈速度與沖擊速度，是影響里氏硬度的兩個變量，而沖擊方向直接影響到沖擊速度和回彈速度。我單位除常規板材外、型材外，異形件較多，比如回轉體、銷軸類、球面等，無法保證沖擊方向。所以在實際檢測中，要根據現場情況，確保沖擊方向與被測試樣垂直。無法垂直沖擊，往往給檢測結果帶來較大偏差。

2.4 被測試樣的質量和厚度（表1）

被測試樣的質量和厚度也是影響檢測結果的一個主要因素，表中耦合意思是：試樣與更重的支撐物牢固連接，且試樣不會出現應力或應變。從表中我們可以看出，對于D型沖擊裝置不適用于厚度<25mm的未耦合試樣，這點在實際檢測中要額外注意，對于薄板和薄管檢測中更要引起重視。

對重量大于5kg的重型試樣，不需要支承；重量在2-5kg的試件有懸伸部分的試件及薄壁試件在檢測時應加以物體支撐，以避免沖擊力引起試件變形、變曲和移動；對中型試樣，必須置于平坦、堅固的平面上，保證試樣平穩置放，不得有任何晃動。

2.5 被測試樣的表面粗糙度（表2）

由于試樣表面的附著物，很容易造成沖頭摩擦力的改變，沖擊速度的下降；所以在檢測前，試樣的表面要精心處理，去除表面涂層、氧化物、污物、油漬。此外在打磨過程中也要注意避免材料過熱引起的表面硬化。由于現場檢測的條件限制，往往表面粗糙度不容易達到要求，也是導致檢測誤差的主要原因之一。

2.6 數據換算產生的誤差

在現場檢測中一般我們是將里氏換算為其他硬度使用，由于各硬度之間并沒有本質的關系，換算中就產生了誤差。里氏硬度換算為其它硬度時的誤差包括兩個方面：一方面是里氏硬度本身測量誤差較大，這涉及到按方法進行試驗時的分散性和對于多臺同型號里氏硬度計的之間的測量誤差。另一方面是比較不同硬度試驗方法所測硬度產生的誤差，這是由于各種硬度試驗方法之間不存在明確的物理關系。下面舉例說明下轉換誤差，由GB/T 17394.2可知，對于D型沖擊裝置，里氏硬度允許誤差為±12 HLD。根據GB/T 17394.4中查表，允許誤差±12 HLD；對于低合金鋼，換算洛式硬度約為±1.5HRC；對于軋制材料，換算誤差布氏硬度約為±10HBW，對于鍛造材料，換算誤差布氏硬度約為±15HBW。

2.7 其他影響因素

檢測時被測試樣不得帶磁，檢測點周圍不得有磁場或電磁場。沖擊點距試樣邊緣位置大于10mm。兩壓痕中心距離至少應為壓痕直徑的3倍。試驗前至少在標準塊上擊打三點計算平均值，如果硬度值之差大于20HL，應增加試驗次數。

3 總結

綜上所述，檢驗員在便攜式里氏使用當中，要首先檢查樣品的符合性，然后根據不同的樣品選擇合適的沖擊裝置和支撐裝置，確保試驗力垂直于檢測面。另外換算值最好作為定性分析參考值，而不作為定量分析的準確值。如想要得到更精確的其他硬度值，應選擇其他硬度試驗方法。

參考文獻：

[1]《GB/T 17394.2-2012 （硬度計的檢驗和校準）》.

[2]《GB/T 17394.3-2012 （標準硬度塊的標定）》.