里氏硬度計檢測轉軸硬度誤差分析

龍曉偉+吳慧+彭麗軍+羅林果

摘 要：針對目前生產現場使用里氏硬度計測量轉軸硬度中存在誤差的情況，文章介紹驗證里氏硬度計與布氏硬度計兩種檢測硬度差值的結果，并提出后續轉軸硬度檢測過程中的解決方案。

關鍵詞：電機轉軸；硬度測量；熱處理；誤差；對比

中圖分類號：TH16 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）21-0094-02

引言

隨著現代科學技術的發展和我國制造業的產業升級，對節能環保型的高效電機需求量越來越大；其中電機轉軸是高效電機的核心部件，工作環境惡劣，轉軸的機械性能要求高，其中硬度就是產品制造過程中的重要性能指標，本文所介紹產品轉軸的硬度100%必須進行檢測，由于布氏硬度計主要用于檢測試件硬度的局限性，而檢測大型實物不實用，因而選用輕便實用的里氏硬度計進行檢測，能快速得出檢測結果，從而廣泛用于現代工廠的生產過程中；然而在硬度檢測時發現，使用里氏硬度計雖然能快速得出數據，但檢測的硬度值普遍低于布氏硬度計所檢測的值，不能真實地反映出轉軸產品的硬度，在一定程度上給判定轉軸的實際硬度狀態造成影響，所以本文以實物轉軸調質后，用布氏硬度計和里氏硬度計來測量轉軸硬度值進行對比分析，研究解決方案。

1 里氏硬度計和布氏硬度計的基本原理

（1）里氏硬度計基本原理是具有一定質量沖擊體在一定試驗力作用下沖擊試樣表面，測量沖擊體距離試樣表面1mm處沖擊速度和反彈速度，利用電磁原理，感應與速度成正比的電壓。里氏硬度值以沖擊體反彈速度與沖擊速度之比來表示。

（2）布氏硬度計的基本原理是把一定直徑的鋼球，在一定試驗力作用下，以一定的速度壓入試樣表面，經規定的試驗保持時間后卸除試驗力，被測試樣表面得到一個球形壓痕，再用讀數顯微鏡測量球形壓痕的最大直徑，然后在布氏硬度表中查找相應的硬度值，即被測試樣的硬度值。布氏硬度計（HB）實踐中多用于測量退火、正火以及調質處理的結構鋼工件，可靠性高，測量重復性好，尤其在發生有關硬度測試問題糾紛時，多用布氏硬度計作為仲裁依據。

2 轉軸技術狀態

電機轉軸材質：40CrNiMo，調質后的機械性能要求：抗拉強度≥980MPa，屈服強度≥835MPa，延伸≥12%，斷面收縮≥55%，AKU2>78J，同時φ36mm軸外圓段（位置見圖1）等部位硬度要求34-40HRC；為滿足硬度要求并保證整個軸機械性能的連續性，經研究熱處理采用整體調質處理達到所需性能要求。

3 熱處理過程簡介

（1）轉軸熱處理調質生產流程為：淬火-清洗-回火。

（2）熱處理主要實施過程：轉軸裝框進主爐，主爐為可控氣氛箱式多用爐設備，在保護氣氛下加熱保溫并自動淬火處理，淬火油為好富頓快速G油；然后自動清洗，再自動進行回火；全過程采用程序自動控制，最大限度減少了人為因素影響。

4 測量設備

硬度測量設備采用里氏硬度計TH160和布氏硬度計HB-3000B。考慮到產品受檢測部位余量不多，布氏硬度計宜采用750kgf的載荷，鋼球直徑為5mm的硬質合金球，載荷保持15s。

5 測量數據及分析

（1）轉軸熱處理調質完成后，為避免因測量位置表面粗糙度、曲率半徑等因素影響測量準確性，將被測位置圖1的φ36、φ85、φ55軸外圓打磨拋光一個小平面便于檢測，軸平放于平臺上，φ85兩頭用兩塊V型鐵支撐，使用里氏硬度計測量三處外圓部位，每次檢測必須更換檢測點，數據如下表1所示：

（2）通過上表的數據分析，直徑較大的φ85部位硬度值明顯大于直徑較小φ36部位硬度值，而整件轉軸是整體在同一設備加熱保溫并同時淬火，在一個回火設備回火處理，全過程都是自動控制；因此需要對φ36部位的硬度真實值進行驗證，同時使用布氏硬度計及里氏硬度計測量φ36軸段外圓的硬度，并對兩者的硬度值進行對比分析。

（3）硬度對比分析

a.里氏硬度計直接測量圖示φ36位置硬度，該位置未墊V型塊，下方懸空。

b.為防止里氏硬度計直接測量φ36位置硬度不準確，轉

軸下方墊放V型塊進行檢測。

c.布氏硬度計檢測φ36外圓，測量總共進行了三次，每個測試點為φ36圓截面上互相成90度角上的三個點，每個位置都打磨拋光一處小平面，得到三個布氏硬度值。

d.對上述三次φ36外圓硬度測量數據進行匯總對比分析，如表2所示。

通過上述測量數據表明，使用里氏硬度計測量φ36外圓的硬度值并不準確，其與布氏硬度計測量出來的硬度數值相差太大，并且在進行里氏硬度計硬度測量時應盡量保證測量位置的相對穩固。

e.按同方式對φ55段外圓硬度測量對比，見表3。

備注：表3中布氏硬度計測量數據的HRC通過查閱《黑色金屬硬度及強度換算表》換算成HRC。

通過上述測量數據表明，里氏硬度計在進行測量φ55段外圓硬度值時數據與布氏硬度計測量數據基本相符。

6 結論

（1）對于不同軸徑的轉軸，檢測軸兩端直徑較小外圓上硬度時，往往里氏硬度計檢測的數據值與真實值相差較大。

（2）對于不同軸徑的轉軸，需要檢測兩端直徑較小外圓上硬度值，建議在長度方向留有一定的余量，采用本體取樣的方式，利用其他硬度計（如布氏、洛氏等）作為硬度最終檢測依據。

（3）便攜式里氏硬度計在檢測調質硬度時還受表面光潔度，檢測段是否懸空等因素影響，造成硬度值檢測重復性差，可靠性低。

綜上所述，當使用里氏硬度計測量轉軸的洛氏硬度時，要嚴格按操作程序正確操作，必要時要對所測得的值進行修正，這樣才能準確的得出轉軸的硬度值。

參考文獻：

[1]GB/T231.1-2009.布氏硬度計檢測方法[S].

[2]GB/T1172-1999.黑色金屬硬度及強度換算表[S].

[3]JB/T6050-2006.硬度的測量方法[S].

[4]GB/T4340.1-2009.金屬維氏硬度檢測方法[S].