洛氏及表面洛氏硬度試驗誤差來源分析

【摘 要】 洛氏硬度試驗法是以測量壓痕深度的方法表示材料的硬度值，故操作簡單迅速，工作效率高，適合成批生產中硬度測量和流水線上自動硬度測量，因此科研院所和廠礦部門廣泛運用此方法檢驗產品質量和測定材料機械性能以及確定合理的加工工藝等。本文對洛氏硬度試驗方法的誤差來源進行了簡單的說明，為提高洛氏硬度試驗結果的準確性起到積極作用。

【關鍵詞】 洛氏硬度 誤差 分析

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2017.07.003

結合理論原理和操作實際，目前洛氏及表面洛氏硬度試驗的誤差來源可分為兩大類。

1 由硬度計產生的誤差

1.1 負荷誤差

主要取決于負荷彈簧、砝碼的重量、負荷杠桿臂比及位置是否正確、在負荷系統中有無機械摩擦、加荷機構的作用是否正常等。經實驗證明預負荷比名義值偏大則獲得的硬度值偏高，預負荷對低硬度影響顯著，對高硬度影響較小。主負荷比名義值偏大則獲得的硬度值偏低。主負荷誤差也是對低硬度值的影響較大，對高硬度值較小。

1.2 壓頭軸線方向的變形和位移方面

機架的彈性變形和彈性后效，試件的支承面與工作臺平面的密合性不良，升降絲杠的彈性變形和軸向位移，主軸位置的傾斜以及壓頭在主軸孔內夾持方式不良等都會引起誤差。一般將壓頭插入主軸孔內，然后用主軸側面的緊固螺絲將壓頭固定，這種緊固方式往往使壓頭的支承面與主軸的下端面不能很好地貼合，使壓頭軸線與主軸線不垂直。實驗證明，同一壓頭由于裝夾不一致，獲得的硬度值差數有時可達一個洛氏硬度單位，而且硬度值是偏低的。

1.3 測量系統

如測量設備（常見投影裝置，百分表）本身的誤差，測量設備的機械摩擦力，測量杠桿的臂比誤差，測量設備安裝不良等。這一部分的誤差是比較顯著的，實驗中測量系統對壓頭位移的測量誤差為0.002mm，即產生一個洛氏硬度單位的誤差。

1.4 壓頭方面

金剛石壓頭的質量對硬度值影響很大，包括壓頭頂端球面半徑和圓錐角的正確性。圓錐角及頂端球面半徑對硬度值得影響可用經驗公式求出：

圓錐角偏差對硬度值影響的經驗公式：

[ΔHRC=K（α-120°）]

頂端球面半徑偏差對硬度值影響的經驗公式：

[ΔHRC=R（r-200）]

式中：[ΔHRC]——引起的硬度值誤差；

[α]——圓錐角的測量值；

[K]——系數。HRC低值為1.32，中值為0.95，高值和A值為0.54；

[r]——頂端球面半徑測量值；

[R]——系數。HRC低值為0.02，中值為0.03，高值和A值為0.04。

除此之外，金剛石表面光潔度，頂端球面與錐體相切部分的光滑性，圓錐體母線的直線性，圓錐體軸線與壓頭柄軸線的重合性都可影響硬度值。

2 由操作及環境條件等產生的誤差

2.1 負荷施加速度的影響

負荷施加過程中應當平穩無沖擊，無振動。負荷施加速度過快，會引起沖擊作用，加深壓痕深度。預負荷速度快，造成試驗結果硬度值偏高。主負荷施加速度過快，一般使得硬度值降低，對高硬度影響較大，對低硬度不太顯著。實驗證明，在低速度時所獲得的硬度值高于在高速度時所獲得的硬度值。當主負荷施加速度有2秒改變到12秒時，對低硬度的影響是0.2HRC，中硬度值為0.4HRC，高硬度值為0.6HRC。

2.2 負荷保持時間的影響

負荷時間保持時間越長，獲得的硬度值越低。這一影響對低硬度值極為顯著，對高硬度影響較小。

2.3 溫度影響

溫度改變會引起硬度計緩沖機構中油粘度的改變，因而影響加荷速度，影響硬度值。同時溫度對試件本身硬度也有影響，一般來說，溫度增高則獲得硬度值偏低。

2.4 實驗人員的影響

操作者的熟練程度對硬度測量的結果影響很大。如讀數誤差，卸荷速度控制的過快或過慢，以及壓頭安裝、試件安置不正確等都可能給硬度測量帶來誤差。

2.5 試件的影響

試件的工作面和支承面的表面光潔度不夠、平面性不好、工作面和支承面不平行等都會引起測量結果出現偏差。若支承面不能與工作臺密合，會在試驗時產生彈性形變或松動，使試驗結果偏低；若試樣的厚度過薄，會使試件支承面以及工作面出現變形，則結果失真。

3 結語

由于洛氏硬度試驗方法采用測量壓痕深度的方法表示硬度值，影響示值準確度的因素較多，因此只有充分考慮到可能引起試驗結果偏離的因素，才能得到滿意的試驗結果。

作者簡介

韓冬，學士學位，工程師，從事計量檢定工作，現任葫蘆島市計量檢定測試所副所長。

李劍，學士學位，工程師，從事計量檢定工作，現任葫蘆島市計量檢定測試所測力室副主任。