淺析零件表面洛氏硬度范圍

陳麗君，張道譜

（東風格特拉克汽車變速箱有限公司，湖北 武漢 430000）

引言

洛氏硬度HR'是機械行業中應用較為廣泛的一種標識零部件表面硬度的計量單位。洛氏硬度是以壓痕塑性變形深度來確定硬度值的指標，以0.002 毫米作為一個硬度單位[2]。洛氏硬度有A，B，C 等不同的標尺，分別表示用不同的載荷力和壓頭測試得到的表面硬度值。洛氏硬度雖然使用廣泛，但是很多設計人員對零部件表面硬度值的范圍定義和硬度計的檢測誤差沒有深入的了解和認知。范圍值定義太窄，成本過高，影響批量生產；范圍值定義太寬，對于產品質量管控過于嚴格，沒有實際意義。

本文根據國家相關標準，結合機械行業常用熱處理氣氛爐的工藝水平，以及洛氏硬度檢定設備計量水平，給出適用于批量生產的零件表面硬度值范圍，并且有利于實際生產中產品質量的管控。

1 實例

現某公司產品圖紙定義表面滲碳淬火，硬度要求78 HRA～81HRA。供應商檢測判定合格，客戶方抽檢發現有產品超差，判定不合格。產品不能正常裝配使用，影響生產。

1.1 參考標準

根據《JJG113—標準金屬洛氏硬度塊》[1]，對于高硬度A 標尺標準塊，其均勻度不大于0.4HRA，穩定性不大于0.4HRA。

根據《GB/T230.2—金屬材料 洛氏硬度試驗》[2]，A 標尺洛氏硬度計相對于高硬度標準塊，允許的校準誤差為±1.5HRA，允許的校準重復性為0.8HRA。

這表示，硬度計在用標準硬度塊校準時，在硬度計的重復性合格的前提下，其測量平均值與標準塊的標示值相差在±1.5HRA 以內，可認為硬度計是合格的。如果一方的硬度計處于極限上差，另一方處于極限下差，則雙方的硬度計偏差就能達到3HRA，已經覆蓋了圖紙的定義范圍。說明圖紙給定的78HRA～81HRA 理論上不能存在制造誤差，這樣不符合實際制造情況。

1.2 加工工藝

供方采用的是熱處理氣氛爐進行滲碳淬火，設備型號：豐東UBE-600。經多次調試后，最終溫度控制曲線如下：

表1 溫控曲線主要參數

硬度計在用于檢測零件硬度之前，須先用標準硬度塊校準。標準硬度塊標示值82.4HRA，硬度計進行五次檢測，顯示測量值為：

表2 供方硬度計校準

經計算，供方硬度計的校準誤差為-0.64HRA，校準重復性為0.6HRA，符合《GB/T230.2—金屬材料 洛氏硬度試驗》[2]要求。

用校準后的硬度計測量產品表面硬度，測量數據如下：

圖2 供方硬度檢測數據

其中，最大值80.2HRA，最小值78.2HRA，二者極差為2HRA。

由于硬度計在校準時，每次測量的結果都不一定相同。因此，不能將硬度計的校準誤差補償到最終的零件測量結果中。

客戶方對零件進行復檢。同樣使用標示值82.4HRA 的硬度塊校準硬度計，同樣進行五次測量，顯示測量值為：

表3 客戶方硬度計校準

經計算，客戶方硬度計校準誤差為-0.32HRA，校準重復性為0.3HRA。同樣符合《GB/T230.2—金屬材料 洛氏硬度試驗》[2]要求。

用校準后的硬度計測量產品表面硬度，客戶方檢測零件表面硬度值如下：

圖3 客戶方硬度檢測數據

其中最大值79.7HRA，最小值77.6HRA，二者極差值2.1HRA，且部分數據已超出圖紙限定范圍。

從雙方的檢測數據可知，對于同樣的零件，即使雙方的硬度計都符合國家標準，檢測結果也存在較大差距，并且會影響最終的產品合格性判定。

1.3 設備檢定

供方熱處理氣氛爐是按照《GB/T30825 熱處理溫度測量》[3]中定義的Ⅱ類熱處理爐和B 型儀表系統定制，經安裝調試和系統精度校驗，均符合國家標準。產品制造過程也有實時數據監控，符合工藝追溯性要求。

供方硬度計在不同時期內校準數據如下：

表4 供方硬度計校準數據統計表（單位：HRA）

從上表可知，在不同時期內硬度計的校準都合格，但是相對于同一標準塊，其校準誤差也存在較大的波動。由于硬度計的波動原因已有相關文獻進行說明[4-5]，本文在此不再贅述。

1.4 建議范圍值

綜合國家硬度標準的要求，根據硬度計相對于標準塊的校準數據統計，和常用熱處理氣氛爐工藝水平，為了適用于大批量生產，建議對零件表面高硬度要求的范圍值應給4HRA～5HRA 的公差帶。

2 結束語

本文對洛氏硬度相關標準進行了簡單的說明，同時展示了行業內常用的熱處理氣氛爐的工藝水平，給出了零件表面硬度的范圍，對于圖紙設計有一定的指導意義。另外，隨著熱處理真空爐的普及，是否會提升零件表面硬度的工藝水平，還有待于后續的調查。