里氏硬度計(jì)檢測(cè)轉(zhuǎn)軸硬度誤差分析

龍曉偉+吳慧+彭麗軍+羅林果

摘 要：針對(duì)目前生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用里氏硬度計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)軸硬度中存在誤差的情況，文章介紹驗(yàn)證里氏硬度計(jì)與布氏硬度計(jì)兩種檢測(cè)硬度差值的結(jié)果，并提出后續(xù)轉(zhuǎn)軸硬度檢測(cè)過(guò)程中的解決方案。

關(guān)鍵詞：電機(jī)轉(zhuǎn)軸；硬度測(cè)量；熱處理；誤差；對(duì)比

中圖分類號(hào)：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）21-0094-02

引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和我國(guó)制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，對(duì)節(jié)能環(huán)保型的高效電機(jī)需求量越來(lái)越大；其中電機(jī)轉(zhuǎn)軸是高效電機(jī)的核心部件，工作環(huán)境惡劣，轉(zhuǎn)軸的機(jī)械性能要求高，其中硬度就是產(chǎn)品制造過(guò)程中的重要性能指標(biāo)，本文所介紹產(chǎn)品轉(zhuǎn)軸的硬度100%必須進(jìn)行檢測(cè)，由于布氏硬度計(jì)主要用于檢測(cè)試件硬度的局限性，而檢測(cè)大型實(shí)物不實(shí)用，因而選用輕便實(shí)用的里氏硬度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，能快速得出檢測(cè)結(jié)果，從而廣泛用于現(xiàn)代工廠的生產(chǎn)過(guò)程中；然而在硬度檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，使用里氏硬度計(jì)雖然能快速得出數(shù)據(jù)，但檢測(cè)的硬度值普遍低于布氏硬度計(jì)所檢測(cè)的值，不能真實(shí)地反映出轉(zhuǎn)軸產(chǎn)品的硬度，在一定程度上給判定轉(zhuǎn)軸的實(shí)際硬度狀態(tài)造成影響，所以本文以實(shí)物轉(zhuǎn)軸調(diào)質(zhì)后，用布氏硬度計(jì)和里氏硬度計(jì)來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)軸硬度值進(jìn)行對(duì)比分析，研究解決方案。

1 里氏硬度計(jì)和布氏硬度計(jì)的基本原理

（1）里氏硬度計(jì)基本原理是具有一定質(zhì)量沖擊體在一定試驗(yàn)力作用下沖擊試樣表面，測(cè)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(yīng)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(lái)表示。

（2）布氏硬度計(jì)的基本原理是把一定直徑的鋼球，在一定試驗(yàn)力作用下，以一定的速度壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的試驗(yàn)保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，被測(cè)試樣表面得到一個(gè)球形壓痕，再用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量球形壓痕的最大直徑，然后在布氏硬度表中查找相應(yīng)的硬度值，即被測(cè)試樣的硬度值。布氏硬度計(jì)（HB）實(shí)踐中多用于測(cè)量退火、正火以及調(diào)質(zhì)處理的結(jié)構(gòu)鋼工件，可靠性高，測(cè)量重復(fù)性好，尤其在發(fā)生有關(guān)硬度測(cè)試問(wèn)題糾紛時(shí)，多用布氏硬度計(jì)作為仲裁依據(jù)。

2 轉(zhuǎn)軸技術(shù)狀態(tài)

電機(jī)轉(zhuǎn)軸材質(zhì)：40CrNiMo，調(diào)質(zhì)后的機(jī)械性能要求：抗拉強(qiáng)度≥980MPa，屈服強(qiáng)度≥835MPa，延伸≥12%，斷面收縮≥55%，AKU2>78J，同時(shí)φ36mm軸外圓段（位置見(jiàn)圖1）等部位硬度要求34-40HRC；為滿足硬度要求并保證整個(gè)軸機(jī)械性能的連續(xù)性，經(jīng)研究熱處理采用整體調(diào)質(zhì)處理達(dá)到所需性能要求。

3 熱處理過(guò)程簡(jiǎn)介

（1）轉(zhuǎn)軸熱處理調(diào)質(zhì)生產(chǎn)流程為：淬火-清洗-回火。

（2）熱處理主要實(shí)施過(guò)程：轉(zhuǎn)軸裝框進(jìn)主爐，主爐為可控氣氛箱式多用爐設(shè)備，在保護(hù)氣氛下加熱保溫并自動(dòng)淬火處理，淬火油為好富頓快速G油；然后自動(dòng)清洗，再自動(dòng)進(jìn)行回火；全過(guò)程采用程序自動(dòng)控制，最大限度減少了人為因素影響。

4 測(cè)量設(shè)備

硬度測(cè)量設(shè)備采用里氏硬度計(jì)TH160和布氏硬度計(jì)HB-3000B?？紤]到產(chǎn)品受檢測(cè)部位余量不多，布氏硬度計(jì)宜采用750kgf的載荷，鋼球直徑為5mm的硬質(zhì)合金球，載荷保持15s。

5 測(cè)量數(shù)據(jù)及分析

（1）轉(zhuǎn)軸熱處理調(diào)質(zhì)完成后，為避免因測(cè)量位置表面粗糙度、曲率半徑等因素影響測(cè)量準(zhǔn)確性，將被測(cè)位置圖1的φ36、φ85、φ55軸外圓打磨拋光一個(gè)小平面便于檢測(cè)，軸平放于平臺(tái)上，φ85兩頭用兩塊V型鐵支撐，使用里氏硬度計(jì)測(cè)量三處外圓部位，每次檢測(cè)必須更換檢測(cè)點(diǎn)，數(shù)據(jù)如下表1所示：

（2）通過(guò)上表的數(shù)據(jù)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(zhuǎn)軸是整體在同一設(shè)備加熱保溫并同時(shí)淬火，在一個(gè)回火設(shè)備回火處理，全過(guò)程都是自動(dòng)控制；因此需要對(duì)φ36部位的硬度真實(shí)值進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)使用布氏硬度計(jì)及里氏硬度計(jì)測(cè)量φ36軸段外圓的硬度，并對(duì)兩者的硬度值進(jìn)行對(duì)比分析。

（3）硬度對(duì)比分析

a.里氏硬度計(jì)直接測(cè)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(jì)直接測(cè)量φ36位置硬度不準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)

軸下方墊放V型塊進(jìn)行檢測(cè)。

c.布氏硬度計(jì)檢測(cè)φ36外圓，測(cè)量總共進(jìn)行了三次，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)為φ36圓截面上互相成90度角上的三個(gè)點(diǎn)，每個(gè)位置都打磨拋光一處小平面，得到三個(gè)布氏硬度值。

d.對(duì)上述三次φ36外圓硬度測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總對(duì)比分析，如表2所示。

通過(guò)上述測(cè)量數(shù)據(jù)表明，使用里氏硬度計(jì)測(cè)量φ36外圓的硬度值并不準(zhǔn)確，其與布氏硬度計(jì)測(cè)量出來(lái)的硬度數(shù)值相差太大，并且在進(jìn)行里氏硬度計(jì)硬度測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量保證測(cè)量位置的相對(duì)穩(wěn)固。

e.按同方式對(duì)φ55段外圓硬度測(cè)量對(duì)比，見(jiàn)表3。

備注：表3中布氏硬度計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)的HRC通過(guò)查閱《黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算表》換算成HRC。

通過(guò)上述測(cè)量數(shù)據(jù)表明，里氏硬度計(jì)在進(jìn)行測(cè)量φ55段外圓硬度值時(shí)數(shù)據(jù)與布氏硬度計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)基本相符。

6 結(jié)論

（1）對(duì)于不同軸徑的轉(zhuǎn)軸，檢測(cè)軸兩端直徑較小外圓上硬度時(shí)，往往里氏硬度計(jì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)值與真實(shí)值相差較大。

（2）對(duì)于不同軸徑的轉(zhuǎn)軸，需要檢測(cè)兩端直徑較小外圓上硬度值，建議在長(zhǎng)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(jì)（如布氏、洛氏等）作為硬度最終檢測(cè)依據(jù)。

（3）便攜式里氏硬度計(jì)在檢測(cè)調(diào)質(zhì)硬度時(shí)還受表面光潔度，檢測(cè)段是否懸空等因素影響，造成硬度值檢測(cè)重復(fù)性差，可靠性低。

綜上所述，當(dāng)使用里氏硬度計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)軸的洛氏硬度時(shí)，要嚴(yán)格按操作程序正確操作，必要時(shí)要對(duì)所測(cè)得的值進(jìn)行修正，這樣才能準(zhǔn)確的得出轉(zhuǎn)軸的硬度值。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T231.1-2009.布氏硬度計(jì)檢測(cè)方法[S].

[2]GB/T1172-1999.黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算表[S].

[3]JB/T6050-2006.硬度的測(cè)量方法[S].

[4]GB/T4340.1-2009.金屬維氏硬度檢測(cè)方法[S].