里氏硬度计使用案例汇编

惠州培训网 里氏硬度计使用案例汇编 前言 1、里氏硬度仪应用于球墨铁铸件测试精度的试验研究 2、里氏硬度测试中值得注意的一些问题 3、方便、准确的氏硬度计深受生产第一线的欢迎 4、飞机维修工作的好帮手——里氏硬度计 5、里氏硬度计在 20Cr／MO／VNbTiB 高温螺栓钢热处理过程中的应用 6、里氏硬度计对大型工件的质量裁定万无一失 7、里氏硬度计解决了锅炉主要零部件的测试 8、使用里氏硬度测试仪的几点体会 9、完善检测手段提高经济效益 10、运用里氏硬度计解决曲轴检测问题 11、里氏硬度计在生产现场大显神通 12、硬度测试在工业生产中的应用 序 言 里氏硬度计是目前世界各国广泛应用的先进的动态硬度测试仪，优点很多。参考[4],里氏硬度值换算成静态压痕硬度值（HB、HV）时，其换算误差随测试工件硬度增加而增大。因此影响了鉴定大型工件的真实硬度值。给生产带来不利的影响。如何采取措施，提高里氏硬度计的换算精度是目前用户最关心的问题。 里氏硬度计多数用来测试现场大型工件的布氏硬度,实践证明用里氏硬度计测试工件布氏硬度（HB）的换算误差要比测试洛氏（Rc）硬度的换算误差大。为了提高里氏硬度计的测试精度,我们选用标准布氏硬度试块，用里氏硬度计及静态HB-3000 型布氏硬度机。通过实测大量标块和用数据回归处理 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，摸索出里氏硬度计D 型冲击装置换算误差对测试精度的影响规律。编制提高换算精度的回归换算表和回归换算曲线。经过大量标块验证和现场大型工件测试证明，回归后的换算表的换算误差降低到±3%，接近于静态硬度机的测试精度。同时也证明了里氏硬度计的换算误差不是随测试工件硬度增加而增大，而是相反。通过实验为今后里氏硬度计的精确测量提供了可靠的数据和方法。 第一章 实验方法 一、选择标准试块和测试仪 1、标准试块应选择弹性系数E—2100002 的钢材，用不同热处理工艺使其标块硬度分别为高、中、低共九块。标块尺寸最好为140×80×60 MM3，试块表面光洁度Ra 不低于2μ(▽6). 标准试块经标定后相当于2-3 级标准.如果选用生产厂出售的标块,在测试时必须将标块放在光滑的工作台上.并且在标块和接触面之间要涂一层薄黄油耦合,将试块紧压在工作台上. 2、测试仪器选用里氏硬度计D 型、G 型冲击装置各一台和HB-3000 型静态布氏硬度机一台。 二、测试步骤 1、首先选用HB-3000 型硬度仪在其中一块标块表面测试三点布氏硬度值（HB），并取其三点布氏硬度值的平均值。 2、再用里氏硬度计在此标块布氏硬度压痕周围测试点里氏硬度值。在三个布氏硬度压痕周围共测九点里氏硬度值（HLD），再取九点里氏硬度值的算术平均值如图1 所示。 3、用同样的方法继续测试其余八块标块的布氏硬度值和它对应的里氏硬度值。所测里氏硬度值各点之差不超过9 个里氏值否则须重新测定。最后将所测 试的参数列表1 所示: 测试参数表1 测试点数（N） 测试数据 分 类 1 2 3 4 5 6 7 8 9 标块的里氏硬度值Xi（HLD） 405 459 494 523 552 570 601 650 700 标块的布氏硬度值Yi（HB） 126 170 198 222 256 277 314 378 451 第二章 测试数据回归处理方法 一、选择回归方程式 测试参数进行回归处理首先是通过回归方程式进行的。因此必须首先选好回归方程式。其方法是根据自己测试的有关参数如表1 所示。按自变量Xi（HLD）与对应变量Yi（HB）共九点参数绘制函数曲线图2 所示。然后，判断曲线属于哪种类型，从图2 曲线看出是属于非线形的。因此确定回归方程式应是这个方程式很重要，数据进行回归处理时需要此公式。 二、测试参数列表计算 为了求出回归方程式（1）中的系数b0、b1、b2各值，首先列成表2，将参数按表2 计算形式分别求出自变量Xi（HLD）的总和（∑Xi）、变量Yi（HB）的总和（∑Yi）及自变量Xin次方的总和∑Xi2、∑Xi3和∑Xi4等，然后代入回归系数公式（3）、（4）和（5）三式即可求出回归系数。 测试参数列表计算表2 N Xi（HLD） Yi（HB） Xi Yi Xi2 Yi Xi2（HLD） Xi3（HLD） Xi4（HLD） 1 405 126 51030 20667150 164025 66430125 2.69044×1010 2 459 170 78030 35815770 210681 96702579 4.4386483×1010 3 494 198 97812 48319128 244036 120553784 5.9553569×1010 4 523 222 116106 60723438 273529 143055667 7.4818133×1010 5 552 256 141312 78004224 304704 168196608 9.2844527×1010 6 570 277 157890 49997300 324900 185193000 1.055600×1011 7 601 314 188714 113417114 361201 217081801 1.3046616×1011 8 650 378 245700 159705000 422500 274625000 1.7850625×1011 9 700 451 315700 22099×104 49×104 343×106 2.401×1011 总和 ∑ （∑Xi） 4954 （∑Yi） 2392 ∑Xi Yi） 1392294 ∑Xi2 Yi） 827639124 （∑Xi2） 2795576 （∑Xi3） 1614838564 （∑Xi4） 95.31366773×1010 三、回归系数的推导和计算 对于回归系数的推导比较麻烦，按参考文献（1）（2）最佳拟合它们之间变化关系，采用最小二乘法原理。回归系数b0、b1、b2应使测试值yi（HB）与理论值ŷi（HB）之差的平方Q 为最小值.用微分学求极值法，可以导出回归系数公式 （3）、（4）和（5）三式，然后将表二的有关计算参数分别代入回归系数公式中，于是求出回归系数b0、b1、b2 三值。具体导出系数公式如下： 将上述计算三个回归系数代入回归方程式（1）。这样测试数据就可以进行回归处理。 四、作回归换算曲线图法 通过前几节回归系数的推导和计算 b0=107.9406、b1=-0.557978、b2= 0.0014962 将回归系数代入回归方程式（1）得yi=107.9406--0.557978Xi+0.0014962 Xi2 ， 于是根据表1 测试数据自变量Xi（HLD）、1、2……9 点数据代入方程式（1）便 得出相应的布氏硬度值ŷHB 如表3 所示: 测试值Yi 与回归换算值ŷ 对比表3 测试点数（N） 测试数据 分 类 1 2 3 4 5 6 7 8 9 总和∑ 标块的里氏硬度值Xi（HLD） 405 459 494 523 552 570 601 650 700 4594 标块的布氏硬度值yi（HB） 126 170 198 222 256 277 314 378 451 2392 回归换算布氏硬度值ŷi（HB） 127 169 197 225 256 276 313 377 450 2387 根据表3 的测试参数Xi（HLD）与相对应回归换算布氏硬度值ŷi HB 绘制换算图3 中曲线4。图3 中曲线4 是用里氏硬度计获得的测试参数经过回归处理后而得到的曲线与原 说明书 房屋状态说明书下载罗氏说明书下载焊机说明书下载罗氏说明书下载GGD说明书下载 标定的换算曲线1 的对比图。图3 中的曲线2 和3分别是换算曲线1 的上下偏差线。 如果我们用里氏硬度计测试标块的里氏硬度值为XiHLD500，那么在图3 中用回归换算曲线4 显示相对应的布氏硬度值ŷiHB203，而用图3 中曲线1 显出相对应的布氏硬度值ŷiHB221。实际标准试块的布氏硬度值ŷiHB201。由此说明里氏硬度计测试参数经过回归处理后，使换算误差减少了。回归换算曲线法提高了里氏硬度计的测试精度，但是这种方法比较麻烦。因此改为回归换算表法就比较方便了。 里氏（HLD）—布氏（HB）换算曲线 里氏（HLG）—布氏（HB）换算曲线 图4 是用里氏硬度计G 型冲击装置的数据回归后的回归换算曲线4 与说明书标定的换算曲线1 的对比图。从图4 明显看出换算曲线1 与回归换算曲线4 的距离很接近，这说明用里氏硬度计G 型冲击装置与说明书标定的换算误差比D 型冲击装置要小。图4 仅供参考，这里不详细介绍了。 五、编制回归换算表方法为了避免查图法的麻烦，而选用回归换算表法。因为有了回归方程式（1）就比较容易编制回归换算表了。具体方法是首先给出自变XiHLD300、304、308……等里氏硬度值从小到大（XiHLD 是直接给出的数据，而不是用里氏硬度计测试的数据），再分别代入回归方程式（1），而得出相对应回归后的布氏硬度值ŷiHB75、76、78……450 等，最后用这种方法计算出所有参数而编制成回归换算表4 所示。有了回归归换算表4 使我们在测试中既方便又精确。 例如用里氏硬度计(D 探头)测试工件的硬度时，如仪器显示里氏硬度值是500HLD，很快从换算表4 查出相对应的布氏硬度值为HB203，其结果与查图3 的参数相同。 另外也可以用计算器方法代替查回归换算表法。也就是将测试的里氏硬度值是HLD 代入回归方程式（1），而用计算器计算出的值便是工件的布氏硬度值HB。例如测得的里氏硬度值XiHLD500 代入回归方程式（1），于是计算出布氏硬度值是HB203，ŷi=107.9645-0.557978×500+0.0014926×5002 =203H，此值与查回 归换算表4 的换算值相同。 以上讲了回归换算曲线法、回归换算表法和计算器直接计算三种方法都是以回归换算方程式（1）为基础的。因此回归换算方程式（1）是很重要的。 六、求相关指数R2 检验回归结果的可靠性 前几节谈到用里氏硬度计和HB-3000 布氏硬度机，通过实测标准快的布氏硬度，测试数据通过回归方程式（1）处理后而编制的回归换算表4。而回归换算表值是否可靠？可利用相关指数R2=1 来验证。式中 n—取测试点数 Yi—HB—3000 布氏硬度仪测试的布氏硬度值HB ŷi—回归后布氏硬度值HB 相关指数R2=1 说明测试数据经过回归处理，其回归换算表值是准确的。 七、如何应用 里氏硬度计本身带有硬度换算的微机处理系统，在测试时直接显示硬度值。这种自动化操纵很受用户欢迎。但部分用户反映有时换算误差较大，尤其是在测试较特殊材料时。因此建议能按照上述的方法和步骤进行试验。会提高里氏硬度计的测试精度。 在上几章已详细介绍如何选择标准块和测试，如何选择回归方程式和回归系数的推导及计算，如何编制回归换算表等。看起来方法较烦琐些。但是实际上除了回归系数的推导和计算较麻烦外，其它都比较简单。目前集团公司生产的里氏硬度计测试参数绘制的函数曲线都属于抛物线型，因此在进行数据回归处理时不必推导回归系数公式。可直接采用回归换算方程式（1）和回归系数公式〈3〉、〈4〉、〈5〉四个公式，将测试数据列表计算，然后代入回归方程式 （1）进行回归处理，其重要步骤总结如下： 基准标块的选择 测试（HB-3000 型和里氏硬度计） 测试数据列表计算 求回归系数（将列表计算有关参数代入回归系数公式〈3〉、〈4〉、〈5〉三式求出回归系数b0、b1、b2） 回归系数代入回归方程式（1） 给出参数进行回归处理（按着从小到大的顺序给出参数 XiHLD300、304、308⋯700 里氏硬度值，是直接给出的参数，而不是用里氏硬度计测试的参数，然后分别代入方程式（1）进行回归而得出相应的布氏硬度值YiHB75、76、78⋯450 等） 编制回归换算表 输入微机处理系统 求相关指数R2检验结果的可靠性 最后R2近似于1 表明回归 处理结果是可靠的，那么回归换算表就可以在测试硬度时应用了。 第三章 换算误差对测试精度的影响规律 一、换算曲线的特点 图3 中曲线1、2、3 是里氏硬度计D 型冲击装置原标定的里氏（HLD）-布氏（HB）换算曲线。说明书指出凡是里氏硬度计D 型冲击装置的换算曲线和换算表值都是相同的特点,经过标准试块检验换算曲线1 的换算误差总是高于标快的标定值。而用里氏硬度计测试的数据回归处理后获得的换算曲线4，曲线4 总是位于曲线1 的下方。经过标准块验证其换算值接近于标准试块的标定值如表4 所示。从表4 证实了回归换算曲线4 比原标定换算曲线1 的换算误差要小。因此换算曲线4 取代换算曲线1 作为里氏硬度计的标准换算曲线是比较精确和合理的。 D 型冲击装置换算曲线特点对比表4 标快硬度HLD128 标快布氏硬度HB222 标快布氏硬度HB450 里氏值 （HLD） 换算值 （HB） 换算 误差 里氏值 （HLD） 换算值 （HB） 换算 误差 里氏值 （HLD） 换算值 （HB） 换算 误差 换算曲线1 405 142 +11 523 243 +9.5 700 455 +1.1 换算曲线1 405 147 -1 523 225 +1.4 700 450 +0.2 二、换算曲线换算偏差的特点 从换算曲线图3 表明原说明书标定的换算曲线1 与它的上下偏差线2 和3的距离是由低到高，硬度值的变化而逐渐加宽，这说明原标定换算曲线1 的换算误差是随测试工件硬度增加而增大。而回归换算曲线4 的变化规律恰好与换算曲线1 相反。为了证实这一变化规律而编制表5 和绘制图5。从表5 明显看出说明书中D 型和G 型冲击装置的换算偏差是随测试硬度增加而增大，维氏和布氏的换算偏差比较突出。而洛式和肖氏偏差较小。为了说明这一问题再来分析 里氏值与换算误差关系表5 说明书标定换算曲线的换算误差（曲线1） D 型冲击装置 G 型 回归换算曲线的 换算误差（曲线4） 分类 换算 偏差 里氏值 (HLD) 布氏 （HB） 维氏 （HV） 洛氏 （HV） 肖氏 （HSD） 布氏 （HB） （HB） D 型 （HB） G 型 300—400 +10 +10 +2 +1.5 +10 +4 +3 400—500 +13 +13 +2 +1.5 +13 +6 +5 500—600 +16 +16 +2 +1.5 +16 +5 +4 600—700 +20 +20 +2 +1.5 +20 +2 +2 里氏值与换算偏差的关系线图5 所示，直线1 是D 型和G 型冲击装置说明书标定的换算曲线1 的换算偏差与测试值的关系线。按参考[4]介绍各国生产里氏硬度计的换算偏差都是相同的特点如表5 所示。测试的里氏值（HLD）越高而换算偏差就越大，因此是直线上升，换算偏差最高不超过20HB。图5 中的2 和3 线分别是D 型和G 型冲击装置回归换算曲线4 的换算偏差线，它们具有一个共同特点是在中硬度值区域内的换算偏差略高，最高不超过HB6 和HB5 硬度值，然后随着硬度值增加而显著下降。恰好与换算曲线1 的换算偏差线（1）的变化规律相反。由此可见图3 和图4 中的换算曲线4 的换算偏差为最小。因此换算曲线4 是一条比较理想的换算曲线。同时也证实了换算误差对里氏硬度计的测试精度影响的规律。也就是说换算误差并不是随着测试工件硬度增大而增大，而是与其相反。 第四章 影响测试精度的因素 一、换算误差的影响 基于里氏硬度计测试的原理，带磁性的冲击体在线圈内冲击和回弹，使线圈内产生电流。电信号经处理显示出的里氏值是比较精确的,按参考[4]指出里氏硬度计的测试精度为±0.8%HLD。为了满足生产工艺上的需要里氏硬度值必须换算成其它静态压痕硬度值。这必然会存在换算误差的影响。 无论是静态之间的换算或者是动态与静态之间的换算，都存在换算误差的影响。 在前几章对里氏硬度计由里氏值换算成其它硬度值时存在的换算误差情况已经介绍很多了。并且利用图表法分析了它们存在换算误差的大小。如图3 中的换算曲线1 和4 及图5 中测试值（HLD）与换算偏差的关系线的不同特点，这些都说明由里氏值换算成其它硬度值时存在换算误差的影响。如对里氏硬度计的硬度测试进行试验分析找出硬度变化的规律性，一定会大大提高里氏硬度计的测试精度。 二、动态测试法的影响 从有关资料介绍和实践证明影响动态测试法测试精度的因素很多，但是至今有关影响动态测试精度的原因尚未有明确统一说法。下面主要介绍两个主要原因： 1、被测试工件质量大小影响 冲击能量在被测试工件上产生的弹性变形的大小与被测试工件的质量大小有很大关系,若被测试工件的质量小，冲击能量在工件上产生的弹性变形和工件的位移大，因此被释放掉的能量大,冲击体获得反弹的能量小,反弹速度低所测试的硬度值就小,所获得的测试结果是不准确的。就是因为这个道理我们采用动态硬度计在测试质量较小的标快时，必须将试块放在光滑的工作台面上。而且接触面要用黄油耦合使其紧固在一起，这样就避免了标块质量太小的影响。 2、冲击体质量大小的影响 冲击体质量和球头直径大小与被测工件硬度压痕上产生弹性功和塑性功的大小是有直接影响的。如G 型冲击体比D 型冲击体实测误差小些。这是因为里氏硬度计G 型冲击体质量和球头直径比D 型冲击体的大。那么在工件表面上产生硬度压痕就相应的大些。硬度压痕大说明冲击能量在硬度压痕上更有机会产生合理的弹性应变和塑性应变。于是能获得较完善的综合机械性能的硬度压痕。因此说冲击体质量和球头直径大可减少测试误差的影响。 三、其它方面因素的影响 1、被测工件表面粗糙度Ra 小于2μm 的影响; 2、被测工件表面因热处理产生的软点的影响; 3、被测试工件的金相组织的影响。实验证明当测试马氏体组织的硬度（Rc）比测试珠光体或铁素体的硬度（HB）要精确的得多，至于什么原因有待于进一步探讨; 4、里氏硬度计生产制造工艺水平的影响; 5、操作方法不当的影响及其他方面的影响。 以上主要探了对里氏硬度计测试精度的三方面影响,而最主要影响原因还是换算误差和动态测试法的影响。 参 考 文 献 1、电机测试技术，机械工业出版社，P12 1985.6 2、教学手册。P836 回归方程分析，人民教育出版社，数学手册编写组，1979.5 3、被检测物体的质量对动态测试硬度准确性的影响，[俄刊] 4、里氏硬度计说明书 里氏硬度仪应用于球墨铁铸件 测试精度的试验研究 一、前言 里氏硬度仪是当前在世界上广泛应用的最先进的动态硬度测试仪，具有灵敏度高，使用方便灵活，可应用于生产现场直接测试工件本体等优点。我厂拥有多台公司生产的里氏硬度测试仪。在使用中我们发现用其测试我厂生产的球墨铸铁件（主要用于曲轴），仪器所显示的HB 值与解剖后在静态硬度仪（HB—3000 型）所测得的HB 值有较大差异。这给我们正确鉴定和评价铸件的材质质量带来困难，甚至产生矛盾。为了使里氏硬度仪能为我们提供可靠的数据，使其在生产中发挥更大的作用，我们进行了这项试验研究。 二、试验方法 1.选择试样与硬度仪 1）由于是在生产条件下进行试验，因此以我厂生产的典型铸件曲轴作为试件。该产品材质牌号QT550-3,单件重19.5kg。 2）硬度测试仪用 里氏硬度计，分别用D 型冲头和G 型冲头，一台HB—3000 型静态布氏硬度仪。 2.试验步骤 1）任取一批曲轴，用锉刀和砂纸将其硬度测试点（产品 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 时确定的）处理成表面粗糙度Ra＜2μm。 2）用同一里氏硬度仪，但用D 型和G 型两种不同的冲击头，在处理过的测试平台上不同部位各测5点（测试平台的面积有限不能多测）取其平均值。 3）将里氏硬度仪测试过的曲轴第一主轴径用锯床切割下来，制成布氏硬度仪测试块。 4）在HB-3000 型硬度仪上对制成的试块在其剖断面靠近硬度测试平台一侧测其布氏硬度值。 测试参数列表1 如下： 试样编号 1 2 3 4 5 6 7 里氏硬度值XD : (HLD) 507 508 517 500 489 513 517 里氏硬度值XG : (HLD) 480 480 490 476 466 487 491 布氏硬度值Xi : (HB) 229 229 235 225 221 230 234 试样编号 8 9 10 11 12 13 14 里氏硬度值XD : (HLD) 526 556 541 538 506 505 557 里氏硬度值XG : (HLD) 500 524 512 580 473 470 525 布氏硬度值Xi : (HB) 234 246 244 239 226 228 245 试样编号 15 16 17 18 19 20 21 里氏硬度值XD : (HLD) 533 551 498 497 54 525 550 里氏硬度值XG : (HLD) 504 518 474 477 518 499 523 布氏硬度值Xi : (HB) 40 241 44 225 245 235 241 三、测试数据的回归处理 1、按表1 所列参数绘制XD：与Yi 及XG；与Yi 的相关图。 2、求得两个回归方程（1）和（2）： YD i =34.751＋0.381125XD i （1） YG i =33.878＋0.404664XG i （2） 方程（1）的相关系数rD＝0.960327 方程（2）的相关系数rG＝0.963226 3、做回归换算曲线。 把表1 测试数据自变量值XD i（HLD）、 XG i（HLG）分别代入方程式（1）、（2），便得出相应的回归布氏硬度值Ŷ，（HB），如表2、表3 所示。 根据表2、表3 的测试参数XD i（HLD）、XG i（HLG）与相对应的回归换算布氏硬度值 Ŷi（HB）绘制回归换算曲线图。 测试值Y : 与回归换算值Y i 对比 表2 试样编号 1 2 3 4 5 6 7 里氏硬度值XDi : (HLD) 507 508 517 500 489 513 517 里氏硬度值Yi : (HB) 223 229 235 225 221 230 234 布氏硬度值Ŷi : (HB) 228 228 232 225 221 230 232 试样编号 8 9 10 11 12 13 14 里氏硬度值XDi : (HLD) 526 556 541 538 506 505 557 里氏硬度值Yi : (HB) 234 249 244 239 226 226 245 布氏硬度值Ŷi : (HB) 235 247 241 240 228 228 247 试样编号 15 16 17 18 19 20 21 里氏硬度值XDi : (HLD) 533 551 498 497 542 525 550 里氏硬度值Yi : (HB) 240 241 224 225 245 235 241 布氏硬度值Ŷi : (HB) 238 245 224 224 241 235 244 测试值Y i 与回归换算值Ŷ i 对比 表3 试样编号 1 2 3 4 5 6 7 里氏硬度值XG i (HLD) 473 480 490 476 466 487 491 里氏硬度值Yi (HB) 223 229 235 225 221 230 234 布氏硬度值Ŷi : (HB) 223 228 232 226 222 231 232 试样编号 8 9 10 11 12 13 14 里氏硬度值XD : (HLD) 526 556 541 538 506 505 557 里氏硬度值XG : (HLD) 500 524 512 580 473 470 525 布氏硬度值Xi : (HB) 234 246 244 239 226 228 245 试样编号 15 16 17 18 19 20 21 里氏硬度值XG i (HLD) 504 518 474 477 518 499 538 里氏硬度值Yi (HB) 240 241 224 225 245 235 239 布氏硬度值Ŷi : (HB) 238 243 226 227 243 236 245 通过以上分析可以看出,利用方程(1)和方程(2)对测试值进行回归换逄具有较小的误差，其结果是可靠的。 四、结论 1、用里氏硬度仪测球墨铸铁件，经适当的回归换算后，其测试结果是可靠的。 2、对同一状态的球铁测试表面，用G 型冲头比用D 型冲头所测数值的分散度要小。这是因为G 型冲头的冲击功大，硬度压痕亦大，从而减小了对测试表面组织不均匀性及粗糙度不均匀的敏感性。 3、虽然G 冲头测值分散度较D 冲头小，但取几点平均值的换算误差两者基本相同。 4、此试验是在生产条件下进行的，有其局限性。如取值范围不够宽（只在HB221-249 之间）。因此所配回归方程也只是在此范围之间的硬度值应用起来才比较理想。 5、今后要进一步做的工作是加大试验的取值范围，使之更具有普通性。还要在其它牌 号的球铁件上做试验，以使里氏硬度计得到更广泛的应用并取得更高的测试精度。 参考文献 1、李凤英《里氏硬度仪精测方法应用教材》 2、曾秋成《技术数理统计方法》 3、毛宗秀《BASI 语言常用数理统计方法程序汇编》 里氏硬度测试中值得注意的一些问题 随着科学技术的进步，硬度测试技术也在不断地发展。里氏硬计度的研制成功，解决了其它硬度计难以胜任的对不易移动的大型工件和不易拆卸的大型部件及构件的检验。里氏硬度计的使用不过十几年，因此不可避免地存在着一些亟待解决的问题，比如制定里氏硬度与其它硬度换算的国家标准等。要想获得准确可靠的硬度测试结果，就需要对里氏硬度测试进行必要的研究。为此本文将介绍里氏硬度的原理，对里氏硬度与其它硬度的换算，以及如何正确使用里氏硬度计和测试数据的处理等问题，进行了有益的探讨。 如果本文能给予硬度测试人员以启示和帮助，那么就达到了这次交流的目的。 一、里氏硬度的原理 里氏硬度于一九七八年首次引入硬度测量技术，以发明人Dietmar Leeb 博士命名的。它定义为冲式体反弹速度与冲击速度之比乘以1000。较硬的材料产生的反弹速度大于较软者。 里氏硬度试验法，是一种动态硬度试验法。用一定直径的碳化钨球冲头在一定的试验力作用下，冲击试样表面，测量冲头距试样表面lmm 处冲击速度与反弹速度。利用电磁原理，感应出与速度成正比的电压。 里氏硬度值以冲头反弹速度与冲击速度之比来表示。 L=1000(VR/VA) 式中：L——里氏硬度； V R——冲头反弹速度； VA——冲头冲击速度。 里氏硬度试验，是在肖氏硬度试验基础上发展起来的一种新的硬度试验方法，不难看出从其试验原理到硬度计的结构均是不相同的，因此不能将里氏硬度计叫作肖氏硬度计。 二、里氏硬度与其它硬度换算的研究 由于目前国内制造厂家及使用里氏硬度计的用户不断增加，为便于质量管理，国家颁布了机械行业JB/T9378-200X《里氏硬度计技术条件》、JJG747—1999《里氏硬度计国家计量检定规程》和GB/T17394-1998《金属里氏硬度试验方法》。但是里氏硬度与其它硬度的换算，至今还没有国家标准。因此，里氏硬度计只能作一般的测试工作，作为仲裁检验还不具备法律效力。 为了充分发挥里氏硬度计的特点和优势，一些有识之士已经或正在研究里氏硬度与其它 硬度的换算关系。目前在我国使用的里氏硬度计中，里氏硬度与其它硬度的换算，据我所知 大概有瑞士版本及公司版本。对以上两个版本的换算表，中国计量院力学处李玉书先生和我曾分别做过有益的试验，具体数据见表1 和表2。 表1 瑞士里氏硬度计与我国硬度标准的关系 硬度标准 测得里氏 硬度HLD 换算成其它 硬度值 示值误差 换算表误差 为了充分发挥里氏硬度计的特点和优势，一些有识之士已经或正在研究里氏硬度与其它 硬度的换算关系。目前在我国使用的里氏硬度计中，里氏硬度与其它硬度的换算，据我所知 大概有瑞士版本及公司版本。对以上两个版本的换算表，中国计量院力学处李玉书先生 和我曾分别做过有益的试验，具体数据见表1 和表2。 表1 瑞士里氏硬度计与我国硬度标准的关系 硬度标准 测得里氏 硬度HLD 换算成其它 硬度值 示值误差 换算表误差 HB51750、130 106 363 114 HB +8 HB ±10 HB HB51750、130 230 508 228 HB -2 HB ±16 HB HB2.51、187.5 130、211 488 209 HB -2 HB ±13 HB HB5175、130 277 559 280 HB +3 HB ±16 HB HRC 28.3 562 28.5 HRC +0.2 HRC ±2 HRC HRC45.4 677 44.6 HRC -0.8 HRC ±2 HRC HRC 64.0 840 63.0 HRC -1.0 HRC ±2 HRC HV5 428 669 431 HV +3 HV ±20 HR HV5 723 812 708 HV -15 HV ±2 HV 表2 里氏硬度计与我国硬度标准的关系 硬度标准 测得里氏 硬度HLD 换算成其它 硬度值 示值误差 ZBN71010-90 换 算表误差 HRC 60.7 803～809 60.4～61.0 HRC -0.3～0.3 HRC ±2 HRC HRC 43.5 666～669 43.5～43.9 HRC 0～0.4 HRC ±2 HRC HRC 26.6 550～553 26.8～27.2 HRC 0.2～0.61 HRC ±2 HRC HB 208 496～504 201～209 HB -7～1 HB ±13 HB HV 443 677～680 440～446 HV -3～3 HV ±20 HV HSB 61.6 678 596.6HSD -2 HSD － 注：以上是用五台里氏硬度计所做的试验数据统计。 从以上两个表的数据看，瑞士换算表误差大些，而公司换算表误差则较小，说明时 代公司的换算表更符合我国的实际情况。那么，使用公司的换算表是不是就万无一失了 呢？当然不是，通常换算表是针对某种材料而制做的，因此不具有通用性，使用时要谨慎。 对于特殊材料，可根据需要重新制做相应材料换算表。 里氏硬度计工具有承担仲裁工作的能力。为使仲裁工作有效，我们用一台肖氏硬度计和 一台H LN—11A 型里氏硬度计，对某一试件进行肖氏硬度测试。为检验两台硬度计测量的硬度值是否相等或一致，将采用方差分析法和平均数的显著性鉴定，具体测试数据及数据处理见表3。 表3 位置 HSD 硬度计、测试面 1 2 3 4 5 里氏硬度计 78±4 S=3.5 78±3 S=2.7 72±6 S=5.2 70±8 S=6.3 60±13 S=10.3 肖氏硬度计 0o 72±8 S=6.6 72±2 S=1.9 65±8 S=6.5 65±7 S=5.5 51±11 S=8.8 方差分析 F 0.28 2.0 0.64 1.3 1.4 平均数的显著性鉴 定 T 1.8 4.1 1.9 1.3 1.5 里氏硬度计 76±8 S=6.0 71±10 S=8.1 71±1 S=1.2 72±6 S=4.6 66±8 S=6.5 肖氏硬度计 90o 75±6 S=4.5 72±4 S=3.3 68±6 S=4.7 66±7 S=5.7 66±7 S=5.9 方差分析 F 1.8 6.0 0.1 0.7 1.2 平均数的显著性 鉴定 T 0.3 0.3 1.4 1.8 0 里氏硬度计 78±4 S=3.1 78±1 S=0.9 71±6 S=4.9 67±6 S=5.1 61±13 S=10.4 肖氏硬度计 180o 80±2 S=1.6 74±2 S=1.3 71±3 S=2.1 69±12 S=10 65±7 S=5.5 方差分析 F 3.8 0.48 5.4 0.26 3.6 平均数的显著性鉴定 T 1.3 5.7 0 0.4 0.8 如果 0.1≤F≤9.6，则可以为δ2肖＝δ2 里。 如果 | T|<2.3，则可认为 肖＝ 里。 以上数据及数据处理结果表明，肖氏硬度计和里氏硬度计所测得的数据基本一致，说明 公司制造的里氏硬度计已具有了做仲裁检验的能力。 三、里氏硬度计的正确使用及测试数据的处理 1.里氏硬度计是一种精密仪器，应在环境温度0～40℃，相对湿度不大于90％，周围环 境无振动和无强烈磁场、无腐蚀性介质的条件下进行试验，其获得的测试数据才有效，否则 无效。 2.仪器使用前，应先进行示值检定，即按照要求在标准里氏硬度块上进行校准，其示值 误差应符合JJG747—1999《里氏硬度计检定规程》后方可使用。 3.测试时试件的支承 对于重型试件，由于它形状紧凑结实，不需特别准备工作。对于中型试件，必须置于平 垣、坚固的平台上。试件必须绝对平稳放置，不得有任何晃动。对于轻型部件，可用耦合膏 与坚固的基础表面“联接”。两接触间必须绝对平滑，注意不可用过量耦合膏。如果耦合的 不好，硬度值可差十几度。由此可知耦合的重要性。 4.试验部位（面）的准备 试件的测量部位必须是具有金属光泽的磨光的表面。。 如果测量部位的表面过于粗糙，就会造成硬度测量值重复性差，而且硬度值偏低。但是， 如果表面磨削过度的话，则使表面热度高硬度值偏低，冷硬化时硬度值偏高。 5.测试数据的处理 由于试件硬度存在着离散性，所以在测试结果的最终表达式中，不仅要给出被测试件硬 度的算术平均值，还应给出算术平均值的随机不确定度，这样才能真实地反映试件的硬度质 量问题。测试结果的最终表达形式： HLD＝ HLD（Ave）土△HLD HLD（Ave）—试件硬度的算术平均值 △HLD—试件硬度算术平均值的随机不确定度， 即HLD＝ta（n-1）S／n，ta（n-1）为t分布的置信系数， S 为标准偏差，n 为测量次数。 注：里氏硬度计HLD 不再含有应修正系统误差之测量结果HLD。 回、结束语 以上所述问题只是初次探讨，有待在实践中检验。再次呼吁制定标准的主管部门，尽快 建立里氏硬度与其它硬度换算出国家标准，使里氏硬度计的检验具有法律效力。 参考资料 1.JJG 747-1999《里氏硬度计国家计量检定规程》 2.JB/T9378-200X《里氏硬度计技术条件行业标准》 3．GB/T17394-1998《金属里氏硬度试验方法》 4.JJG 1011-87《力值与硬度计量名词术语及定义》 1 5.概率统计讲义 方便、准确的里氏硬度计深受生产第一线的欢迎 我厂检查科买了一台公司生产里氏硬度计。使用一年多时间，我们深感里氏硬度计是适合现代工业发展的新技术产品，为我厂开发、研制新型机床起了很大作用。它的优点能归纳为以下几个方面： 1．仪器性能稳定，示值准确，精度高。 2．仪器操作快捷，不受现场环境和工件形状的限制。 3．仪器小巧，携带方便，示值转换简便。 4．里氏硬度计可以配置各种冲击装置适合多种材料和测试范围的需要。 一、里氏硬度计帮助我厂完成了新产品的开发 为了开拓市场发展生产，从90 年起我厂与美国、意大利合作生产RE5020、FA80V 等加工中心机床，这是大型精密机床的一种。其中机床床身、立柱、滑鞍的导轨面均需中频淬火，图纸要求硬度HRC50～55，淬硬层2—5mm。由于是大型铸件，淬硬层较薄，不能直接用洛氏硬度法检测，只能考虑用肖氏（1－1Ｓ）测示后换算成HRC 硬度。所以，最合适的就是用换算方便的新一代的硬度计。 八十年代初，我厂曾购买一台日本产HSD 电子肖氏硬度计，应该说从性能上这种仪器能满足我厂生产检验的要求。可是，由于随便的拆卸以及保养不善，造成示值不准。加上仪器没带 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 装置，只能从液晶显示上读数，这样的测试缺少准确性和客观性。由于工作者和检查员立场不同，对测试数值的兴趣也不同，仪器的重复性又不好，同一部位多次检测无重复性，因此，双方检测的结果相差很大，互相争执造成工检关系紧张，工件的质量也无法正确评定，大大影响了新产品的试验和生产。大型工件导轨面的硬度检测成了老大难，热处理工序拖了全厂的后腿，阻碍了生产的发展。 后来，我们得到了公司有关里氏硬度计的介绍，经与公司技术人员详细探讨后，我厂决定购买一台里氏硬度计。 事实证明，公司的里氏硬度计没有辜负众望，买后第一周就为我厂立下了汗马功劳。当时加工车间急等RE5020 立柱加工，而热处理车间因电子肖氏硬度计送成都修理未回无法检验。买来里氏硬度计后，立即投入使用，使工件很快通过检查转入下道工序。 由于里氏硬度计是自带计算机并有自动测示记录的，每次测示完打印机会自动打印出结果，因此避免了在数据上的争论，客观的反映了示值的绝对性和统一性，使工检双方一致认可。 为了检验里氏硬度计的稳定性、准确性，我们对同一工件，在不同加工状态重复测试进行比较，结果是令人满意的。由于使用里氏硬度计以后,能及时提供准确可行的测示数据，保证了工艺试验及生产验证的预期结果，不久，我们新产品的开发研制工作便纳入了正轨，生产质量也得到了很大的提高。 二、里氏硬度计使用方便，深受欢迎 我厂生产的RE5020、FA80V 的铸件都很大，导轨面长度约2 米，宽度0.2 米，因此检硬度时要打很多点。特别是在工艺不稳定，争论较大时，打点的密度更大。平均每条面上打100～200 点，加上几个侧面点就更多了。工作者很辛苦，效率还不高，两个人工作半天多也就打1 个工件。使用里氏硬度计以后，劳动强度大大减轻，加上质量逐步稳定，一个面的检测点降至15～30 点／面，一个人只需一小时就可以打完一个工件。 由于里氏硬度计携带方便，大型工件不论加工至哪个车间，我们都可以携机现场服务。而且不论平面、侧面、底面硬度都可以检测，省去了翻转工件的麻烦和时间，又一次减轻了工作者的劳动强度。 我厂曾在天津夹具厂外协一批20Cr 渗碳淬火导轨，加工完，运回厂里复检时发现质量问题较多，双方来回交涉很费时间。后来我们干脆带机去天津现场检验，使有问题的导轨可以及时挑出返修，不必往返运输于京津之间，既保证了质量又节约了人力、财力。在天津现场检验过程中，对方工作人员也目睹了里氏硬度计现场测示的快捷和准确，他们对我们的工作心服口服，表示也想买一台这样的硬度计，更好的为生产服务。 三、里氏硬度计备有多种测头，扩大测试范围也满足了一些特殊的要求 我厂生产的RE5020 立柱侧面有一个凹形导轨，中频淬火后需检测硬度，由于导轨很窄，宽90mm，深40mm，一般的硬度计都无法插人，导轨硬度检查不了。有人提示复检或用锉刀手工检，结果都因困难很大实现不了。始终就没有一个有效的方法来保证质量。 在购买里氏硬度计的同时，发现说明书上还介绍一种DC 型冲头，这种冲击装置尺寸很小适合于在孔内、圆柱筒内非常局促的地方使用。根据它的尺寸——全长86 ㎜，用来打我们凹形导轨正合适。我们如获至宝，购机时就订购一个DC 型冲头，有了它棘手多年的老大难问题很快就迎刃而解。 四、提两点建议 1．里氏硬度计为方便使用可以事先充电，每当电池需充电时，仪器上有信号亮起来，但在充电过程中或充足电后没有信号表示。我们认为如果加上一些信号灯，使用起来更方便（现在以加上次功能）。 2．由于化学热处理的迅速发展，很多渗层的硬度需要检测。作为基层生产单位不可能把各种特殊用途的冲头买齐，而想对基本型D 冲头扩大使用范围，准确检测渗层硬度。 由于化学热处理的原因，钢铁材料表面成份与原来不相同了，如何正确选用被测材料或对硬度稍加修正，就是很现实很重要的。 例如：20Cr 钢导轨经渗碳一淬火后硬度要求HRC58 以上，导轨表面的材质由原来的合金结构钢变为低合金工具钢，打硬度时材料选用不同键钮硬度也不一样。如果导轨硬度大大高于HRC58 这个问题也不会发现，正由于有的点硬度偏偏正卡在HRC58 上下，用Steel 键钮测示硬度为 HRC56 左右，若用CWTS 键钮测示就够 HRC58。这两种选择，哪一种正确呢？类似的例子在其它材料可能还有。 为此，我们设想，如果事先针对常用钢材和化学热处理形成渗层，测出硬度修正曲线或对一些材料渗层统一材料选择键，将会对目前普遍使用的D 型冲头扩大使用范围，我厂想进行这方面的试验，希望得到贵公司的支持和帮助． 总之，通过仪器购买的前后，我厂对贵公司工作人员热情的工作、耐心的解答、优良的售后服务深表感谢！ 飞机维修工作的好帮手里氏硬度计 北京飞机维修工程有限公司，是我国民航的骨干企业之一，承担着国内外民航飞机的修理任务，是民航飞机飞行安全的重要保障。 在飞机的大、中修过程中，对飞机、发动机金属构件、零配件性能、可靠性等进行的检测是一道必不可少的工序，测试硬度是完成这一工序的重要手段之一。由于飞机、发动机的金属构件、零配件很大，根据飞机，发动结构修理手册规定，有些构件、零配件不允许拆卸，同时有些也不容易拆卸，这样就使得常规硬度检测仪器很难准确测出其硬度，而检测飞机金属构件、零配件的硬度，又是衡量金属构件、零配件性能可靠性的重要依据。为此我们购买了HLN-11A 型里氏硬度计。它为我们对飞机、发动机的修理，解决了不少的硬度测试问题，真是我们飞机维修工作者的好帮手。 今年二月份，我公司对2446 飞机大修后进行试飞，在飞机返航着落时，发动机（3 发）着火。根据工程技术部门的意见，要求我们到现场对着火区场进行硬度测试，以确定着火受影响区域，从而确定修理范围。 通过对发动机左右包皮及发动机吊舱外侧前部下过包皮蒙皮度硬度的测试，很快地确定了热影响区域，为技术部门提供了可靠的依据，从而较快地确定了修理范围。而发动机后吊点是飞机结构中一个重要的结构件，它直接关系着飞机的飞行安全，为确定发动机着火部的后吊点能否用，我们用里氏硬度计，不同吊点进行对比测试；把HRC 值及时反映给有关部门，争得波音公司的认可，继续沿用此后吊点。这样，既确保了飞机的飞行安全，又为国家节约了大量的外汇。如果没有里氏硬度计，这些工作显然我们无法完成。 在JT3D 发动机的修理中，各级涡轮盘、高低压涡轮轴及燃烧室机匣等都是发动机的重要零部件，由于其尺寸较大，按要求进行硬度检查，若按常规测试，是无法进行的。使用里氏硬度计，这些问题马上就得到了解决，并充分体现了里氏回度计它具有操作简单、方便、迅速以及在试验时不破坏试件和可到现场进行测试的优点。 从我们的使用情况看，里氏硬度计可实用于发动机中，大型零部件的硬度测试和飞机结构零部件的现场硬度测试，是我们飞机维修工作少不了的好帮手。 里氏硬度计在20C r／Mo／VNbTiB高温螺栓钢热处理过程中的应用 一、前言 20Cr／Mo／VNbTiB 高温螺栓钢是制造大功率、高参数汽轮发电机组的理想材料。该钢在570℃以下长期运行组织稳定，不但有高的持久强度而且有高的持久塑性。在我厂5 号电机侧6 号螺栓运行14 万小时后解剖试验中未发现晶内和晶界有明显的碳化物聚集。该钢缺口敏感性几乎为零。但是该钢的热处理质量十分难于控制，至使装在谏壁电厂、姚孟电厂、望亭电厂的三十万千瓦国产机组都出现过断螺栓事故。研究发现，断螺栓的现象是由于材料硬度过高，冲击韧性低造成的。因此成品螺栓的硬度监测就成了杜绝恶性事故的关键手段。多年前我们就意识到了这个问题，那时一直把随炉处理的试样在台式洛氏硬度试验机上测试，并硬性地把所测结果估算到成品螺栓上，明知道这个做法欠妥；但是没有任何其他测试手段也只能如此而已。 1989 年春天，我们收到厂生产技术科转来的里氏硬度计说明书。精美的图片上竟然是我厂金属室技术员唐品华在测试汽轮机部件的硬度，使用的仪器正是里氏硬度计。我急切的读，心情舒畅，如坐春风。车间主任、厂总工程师接到说明书及购置仪器 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 单时更是眉开眼笑，立即拍板—买！ 二、仪器性能及测试数据 在摸索仪器使用性能的过程中我们总结出：凡是布氏硬度符合电力部标准241～285 HB 的元钢，力学性能的各项指标都合乎验收标准；凡是硬度值高于电力部标准的元钢、力学性能都不合格，尤其是冲击值很低。 三、讨论 里氏硬度计携带方便，测试准确，但对被测面的粗糙度要求高、螺栓坯料须车光端面， 用砂纸打光至Ra 为0.8 再进行测试。20Cr／Mo／VNbTiB 钢的布氏硬度只要稍高于或等于电力部标准的下限（即241HB），力学性能完全可以达到验收标准。20Cr／Mo／VNbTiB 钢的布氏硬度如果等于电力部标准的上限（即285HB），则有可能导致性能不合格。如果材料布氏硬度高于电力部标准上限，则材料性能肯定不合格。 我们在制定工艺时，回火温度宁低勿高，万一材料硬度高可以进行二次回火补救，但是如果 回火温度过高材料硬度低了则只能重新淬火。实际工作中，我们把调质后硬度高的重新回炉进行一次温度高于原始回火温度10℃、保温4 小时的回火，即可使材料性能合格。 总之，我们是在摸索阶段才做出了以上的判断。目前，我们用“”里氏硬度计控制调质 后材料的性能，效果甚佳。 四、结论 1、同一热处理状态下的20Cr／Mn／VNbTiB 钢的里氏硬度与其他力学性能（屈服强度，拉力强度，相对伸长率、相对面缩率、冲击值）有严格的对应关系，只要控制好该钢调质后的布氏硬度，即可保证该钢其它力学性能在合格范围之内； 2、经核对，里氏硬度计测出的洛氏硬度值与台式洛氏硬度计测出的结果吻合。 3、唯有便携式里氏硬度计才能完成大型工件或构件的硬度测试工作； 4、用里氏硬度计验收成品高温螺栓的硬度、对汽轮发电机组的安全运行有实际意义。 里氏硬度计对大型工件的质量裁定万无一失 江苏省海安锻压机床厂是机电部定点厂，产品有压力机、空气锤、液压板料折弯机、钢坯剪断机、液压消振模锻锤、平板式横轧机、国际新产品电容爆机床等七个系列十六个规格。产品要想上等级上台阶，满足用户的需要，就要有高质量合格的零部件，就要有过硬的检测手段。我厂的产品零部件有一个共同的特点：体积大，精度高，形状复杂，在过去的四十年间里，只能用锤击式布氏硬度计，冲击式布氏硬度计，标准锉刀，便携式洛维硬度计进行测试，但这几种测试手段普遍存在着多项缺陷：检测结果示值波动性大，一对大批量产品工作效率低下，劳动强度大，还受气候条件的影响，阴雨天光线暗淡，无法检测等。78年诞生的里氏硬度计给解决大型工件的硬度测试提供了机会，公司将一先进的科学成果，及时地转化 为实用可靠的科技产品。我厂通过长期使用感到，其完全弥补了旧式硬度计的缺点，检测结果稳定、准确、可靠，各种硬度值之间准确换算、工作效率极大的提高，原来几天才能检测完的任务，现在只用半天就能完成，不受天气条件的影响，随时自动打印记录。 里氏硬度计在准确判断产品损坏原因，判定质量责任方面起着不可取代的作用。有一年 上海探矿机械厂发现我厂生产的750 空气锤锤杆出现裂纹，即打电报、写信到我厂，随即又要求赔偿锤杆及误工的经济损失，时价锤杆价值二万元。厂部质检部门即派我和热处理车间工艺员前往上海处理此事。使用现场，看到1007-750 锤杆已出现15cm 左右的横向裂纹。其厂锻工车间主任、热处理车间主任、设备科科长、质检科科长和一名付厂长也都到了现场。他们首先提出 1007 锤杆硬度不足。开始由他们提供锤击式硬度计现场测试，探矿厂方测试结果为HB200、HB210；我方测试为HB220、HB225、HB224，双方争执不下，图纸要求为T235、HB220—250。探矿厂拿里氏硬度计来检定，我和探矿厂质检员各测一组数据，我测的结果平均为HB224，探矿厂为HB222，符合图纸要求，对方无话可讲，避免了经济损失。之后，我们一起分析了造成锤杯开裂的可能原因：锤杆偏载,下砧底座下陷不水平 另外，里氏硬度计对国外进口备件的检定也具有权威性。为了检测国际专利新产品电熔 爆机床的性能，我们用里氏硬度计测定一600kg 重轧辊的硬度HRC56、HRC57,把之么高硬度的工件，不经过任何热 加工处理，直接放在电熔爆机厂直接加工，达到了理想的效果，佐证了电熔爆机床无坚不克，削铁如泥的性能。 公司的里氏硬度计以其卓越的性能和可靠的质量，使我厂对产品质量的检测更加及时、准确，极大地推动了我厂