廣州蘭泰儀器有限公司
Guangzhou Landtek Instrument Co., LTD

裡氏硬度計技術特點

裡氏硬度計

裡氏硬度計是一種測試器材,其原理是随着單片技術的發展,1978年,瑞士人Leeb博士首次提出了一種全新的測硬方法,它的基本原理是具有一定質量的沖擊體在一定的試驗力作用下沖擊試樣表面,測量沖擊體距試樣表面1mm處的沖擊速度與回跳速度,利用電磁原理,感應與速度成正比的電壓。


應用

機床導軌,汽車底盤的硬度檢測
已安裝的機械或永久性組裝部件
模具型腔等試驗空間很狹小的工件
大型工件大範圍内多處測量部位的快速檢驗
壓力容器、汽輪發電機及其它設備失效分析
軸承及其它零件生産流水線
金屬材料倉庫的材料區分
熱處理工件的質量控制
要求對測試結果的正規原始記錄
可實現六種硬度(HL、HRB、HRC、HB、HV、HS)間的相互轉換及硬度與抗拉強度間的相互轉換
可顯示測量值、平均值、沖擊方向、測試次數、硬度制等信息,顯示信息豐富。


特點

* 可通過鍵盤選擇測試材料及測試方向。
* 可實現六種硬度(HL、HRC、HRB、HB、HV、HS)間的相互轉換。
* 可反複顯示各次測試結果,并可删除粗大誤差。
* 可存儲 50 組測量值及測試狀态,包括材料、測試方向、硬度等信息。
* 允許用戶校準,使測量更加準确。
* 帶有 RS232接口,方便與計算機通訊。
* 有背光顯示,方便在光線較暗的環境使用。
* 手動和自動關機功能。
* 低電池電壓指示。


參數

顯示器:12.5mm LCD ,帶背光。
準确度:相對誤差 ±0.8%(HLD=800),重複性±0.8%。
測量範圍:200-900 HLD
硬度轉換:HL-HRC-HRB-HB-HV-HSD
可測材料:9種
帶有 Rs232 接口
可以儲存 50 組測量值及測試狀态
沖擊裝置:  D 型,自重75g
電源: 4節1.5V  七号電池
尺寸: 146×65×36mm
重量:220g (不含電池)


測試

1.測試原理
随着單片技術的發展,1978年,瑞士人Leeb博士首次提出了一種全新的測硬方法,它的基本原理是具有一定質量的沖擊體在一定的試驗力作用下沖擊試樣表面,測量沖擊體距試樣表面1mm處的沖擊速度與回跳速度,利用電磁原理,感應與速度成正比的電壓。裡氏硬度值以沖擊體回跳速度與沖擊速度之比來表示。
計算公式:HL=1000*(VB/VA)
式中:HL——裡氏硬度值
VB——沖擊體回跳速度
VA——沖擊體沖擊速度

使用

在現場工作中,經常遇到曲面試件,各種曲面對硬度測試結果影響不同,在正确操作的情況下,沖擊落在試件表面瞬間的位置與平面試件相同,故通用支撐環即可。但當曲率小到一定尺寸時,由于平面條件的變形的彈性狀态相差顯著會使沖擊體回彈速度偏低,從而使裡氏硬度示值偏低。因此對試樣,建議測量時使用小支撐環。對于曲率半徑更小的試樣,建議選用異型支撐環。


範圍

根據裡氏原理,隻要材料具備一定剛性,能形成反彈,就能測出準确的裡氏硬度值,但很多材料裡氏與其它制式的硬度沒有相應的換算關系,裡氏硬度計隻裝了9種材料的換算表。具體材料如下:鋼和鑄鋼,合金工具鋼,灰鑄鐵,球墨鑄鐵,鑄鋁合金,銅鋅合金,銅錫合金,純銅,不鏽銅。

對于一些特殊材料的試樣,用戶可使用公司提供的拟合曲線軟件做專用換算表。在實際生産中,使用的金屬材料多種多樣,由于裡氏硬度計對材料的加工方式、材料的合金元素組成敏感,而裡氏硬度計芯片中儲存的硬度換算表不可能都滿足用戶的需要,用戶在測試中,可以使用拟合軟件做自己專用的硬度換算表。


影響

1、數據換算産生的誤差
裡氏硬度換算為其它硬度時的誤差包括兩個方面:一方面是裡氏硬度本身測量誤差,這涉及到按方法進行試驗時的分散和對于多台同型号裡氏硬度計的測量誤差。另一方面是比較不同硬度試驗方法所測硬度産生的誤差,這是由于各種硬度試驗方法之一間不存在明确的物理關系,并受到相互比較中測量不可靠影響的原因。
2、特殊材料引起的誤差
存貯在硬度儀中的換算表對下列鋼種可能産生偏差:
所有奧氏體鋼耐熱工具鋼和萊氏體鉻鋼(工具鋼類)硬質材料會引起彈性模量增加,從而使L值偏低。這類鋼應在橫截面上進行測試局部冷卻硬化會引起L值偏高磁性鋼由于磁場影響,會使L值偏低。
表面硬化鋼,基體軟,會使L值偏低,當硬化層大于0.8mm時(C型沖擊裝置為0.2mm)則不影響L值。
3、齒輪檢測中的誤差
一般情況下,由于齒面較小,測試誤差相對較大,對此,用戶可根據情況設計相應的工裝,将有助于減小誤差。
4、材料彈性、塑性的影響
裡氏值除與硬度、強度相關外,更與彈性模量有關,硬度值是材料硬度和塑性的特征參數,因為兩者的成分必然是共同測定的。
在彈性部分,首先明顯受E模量影響,在這方面當材料的靜态硬度相同,而E值大小不同時,E值低的材料,L值較大
5、熱軋方向造成的誤差
當被測工件系熱軋工藝成型時,如果測試方向與軋制方向一緻,會因彈性模量E偏大而造成測試值偏低,故測試方向應垂直于熱軋方向。例如:測圓柱截面硬度時,應在徑向測試為好。(一般圓柱熱軋方向為軸向)。
6、試樣重量、粗糙度、厚度的影響
7、試件磁性應小于300高斯
8、其它因素的影響
測量管件硬度時須注意:管件注意穩固支撐,測試點應靠近支撐點且與支撐力平行,管壁較薄在管内放入适當芯子。


行業

熱處理是提高和保證機械産品質量及可靠性、提高制造業市場競争力的重要基礎之一,其行業水平的高低對制造業發展起着舉足輕重的作用。我國的熱處理行業除了少數廠家外,總體水平遠不能适應加入WTO後熱處理行業面臨的更激烈的市場競争環境。在這其中,我國的熱處理檢測設備更為落後。嚴重的限制和阻礙了工藝技術的發展和造成産品質量的不穩定,更重要的是不能有效的防止産品出現不必要的質量事故。下面我就機械零件、工模具熱處理後最常用的硬度測試來舉例。
硬度是衡量金屬材料軟硬的一個指标,硬度值實際上不是一個單位的物理量,它是表征着材料的彈性、塑性、形變、強化率、強度和韌性等一系列不同物理量組合的一種綜合性能指标,一般可以認為硬度是指金屬表面上不大體積内抵抗變形破裂的能力。采用便攜式裡氏硬度計進行硬度檢測的實用價值在于不必破壞工件并可成批檢驗零件,已成為産品質量檢查、制定合理工藝和分析産品質量的重要實驗方法之一。
根據對裡氏硬度計的使用狀況與使用方式,裡氏硬度計是壓入和回跳硬度值組合的一種測試方式,從結構上有它獨特而又廣泛的實用性,尤其是測試大中型尺寸而且形狀複雜的工件及工模具的硬度值與失效分析,具有其他類型硬度計不可替代的優勢。


檢測

一、用裡氏硬度計測試硬度來分析、驗證大型齒軸、内齒圈預處理工藝及滲碳淬火工藝的方法:
預處理工藝後測試
這道工藝操作後的質量直接影響滲碳工藝操作後齒軸、内齒圈滲碳層硬度分布的均勻性、齒部的變形量。更重要的是芯部的強度(未滲層)。當用裡氏硬度計測試齒軸的齒部及柄部、内齒圈的外圓内徑及端面,如果發現測試的同一區域硬度最高和最低的相差較大,在審查儀表爐溫、裝爐方式、工藝冷卻方式都正常的前提條件下,就可根據硬度值高低差值及分布的狀況,推斷出工件内組織存在着偏析或帶狀組織。如金相圖片顯示的帶狀偏析
因為用硬度法測試的實況是測試點在黑色的珠光體帶硬度偏高,在白色鐵素體帶硬度偏低。這種組織缺陷在随後的滲碳淬火工藝操作中是不可能消除,而是被保留下來。一旦大型齒軸、内齒圈存在這種組織缺陷,在裝機使用時不僅會造成使用壽命短的問題,而且常造成重大設備事故。當我們通過測試硬度法可推斷出鍛件中有這種帶狀偏析後,立即采用固溶處理工藝操作或其他消除帶狀偏析的工藝即可消除缺陷,從而防止設備事故的發生、減少損失。
滲碳工藝後測試
這道工藝是齒軸與内齒圈的最終熱處理工藝,通常檢驗人員隻對試樣測試HRC硬度,
然後再切開試樣做金相分析:滲層馬氏體級别、碳化物級别、形态分布、殘餘奧氏體量形态、心部馬氏體級别,再用顯微硬度計測試滲層從表層至HV550硬度為深層深度以上操作作為終檢。但從現場發生齒軸早期失效斷軸,齒部嚴重磨損的事故分析中發現,實物的硬度低于試樣的硬度,尤其常常出現在深層滲碳時,原因是實物齒軸、内齒圈與試樣不是同塊料上截取下來的,也不是同一爐所做的預處理。這樣在實物與試樣滲前原始組織不同,滲後的組織與硬度有一定差異,更主要的是在整個滲碳工藝操作中,由于工件的擺放及滲碳表面積巨大的差異(化學熱處理吸收過程的相界面反應及主要因素中有一條滲入介質各組分的濃度與工件表面狀态、表面形狀、表面積大小及表面能量對化學熱處理過程有極其重要的影響)把裡氏硬度計測試出的硬度與試樣上洛氏硬度計及顯微硬度計測試出的硬度相比較、加之對試樣滲層的金相組織分析結合起來,就可較快而準确的找出産生質量問題的原因。加之作必要的工藝調整,可在工件組裝前就把事故隐患消除。
二、用裡氏硬度計測試硬度來分析、驗證中大型複雜結構模具工藝,
這是一支用馬氏體不鏽鋼所制作的飼料模具,主要用于生産飼料。模具上有10000~27000個孔,每小時有10噸的混合飼料粉狀物從模孔區擠出成為顆粒狀。所以環模質量與使用壽命的關鍵控制點是環模上模孔區的硬度與滲層。以下是模孔磨損的實物圖片:
由于模具尺寸大,而且模孔分布在外圓上,測試點是個曲面,孔與孔之間的間距一般有3~4mm,在這種條件下正好發揮了裡氏硬度計的多樣适用性與小巧攜帶方便的特點,能夠準确的測試出模孔處實際硬度。根據實測的硬度以及對試塊所作的金相分析,可更合理的修正和制定工藝,充分發揮材料潛力,提高使用壽命。如環模一小時出10噸飼料,當延長10小時使用壽命就可出100噸飼料,會給企業帶來巨大的經濟效益。
三、工模具失效分析中裡氏硬度計的作用
材質5CrMnMo大型熱鍛模具在使用中常因為型腔早期磨損、塌陷而失效。
當用裡氏硬度計對磨損區測試硬度時發現磨削的硬度值低于未使用前測試的硬度(38~42HRC)在32~34HRC範圍。這就說明在紅熱的毛坯(>10000C)對型腔加熱的第二階段(毛坯在型腔加熱大體可分為四個階段),受熱量大約在80%~85%時,因模腔壁厚散熱慢,某些點區溫度高達6500C以上。當模具型腔因傳導受熱後溫度超過模具回火溫度,模具在工作過程中是處在繼續回火過程階段,将繼續發生組織與性能的變化,就造成了磨損區硬度值的降低而發生熱磨損,就表明5CrMnMo這種熱作模具鋼不适宜做大型模具。當選用600~6500C溫區内服役的熱作模具如3Cr2W8V,3Cr3Mo3VNb這類熱穩定性、熱強性、屈服強度的熱作模具鋼比采用5CrMnMo更适宜。
在中國這個工業化進程還遠沒有完成的情況下,迫切需要努力縮短與國際先進制造水平的差距,作為企業必須從戰略高度上來認識到熱處理行業,不僅從設備、工藝,尤其是檢測設備急需要不斷吸取國内外新技術,更要看在熱處理企業中實際生産應用的情況。這才是一個非常明智的舉措,因為在加入WTO後按世貿規則有五年過渡期,對我國制造業而言,這是一個非常關鍵的時期,之所以說是關鍵是因為過渡期後我國制造業企業基本上将處于國外大公司同等競争地位,而且在這過渡期中,我們尚可充分準備提升競争力,所以這是對企業非常緊迫的要求。


發展

裡氏硬度計作為一種快捷的硬度測試方法,相關技術在近幾年取得了突飛猛進的發展,國産裡氏硬度測量儀器的測量精度和準确度已經能夠和國際領先技術水平相媲美。2011年由中科樸道技術(北京)有限公司研制的pd-H系列裡氏硬度計實現了多項技術突破和性能優化:  1、内置藍牙模塊,支持無線打印  2、液晶屏顯示具有背光,且對比度可調,适用于各種作業場景下得讀數。  3、自動關機時間可調,開啟更優化的省電模式  4、具有自我學習型的制式轉換   5、USB充電,邊充邊用。  6、明晰的欠壓、充電指示。  7:采用進口熱敏打印機頭,打印流暢,字體清晰。  國内技術如今發展已經不次于國際水平,出口産品大幅度提升,各廠家也有自己的特色,以前的同質化現象減少,整個行業生态呈現良好态勢。


須知

一、注意使用環境
避免鐵屑、氧化皮、灰塵等異物進入機器内部,造成電路短路燒毀機器,避免在強電磁幹擾的場合應用,如:小靈通天線、高頻爐等周圍,造成儀器工作異常,應該在工作溫度在0℃~40℃,相對濕度≤90%,無強光直射,無振動、無強烈磁場、無腐蝕性介質及嚴重粉塵的環境下工作。
二、對被測試件的要求
裡氏硬度計在使用過程中應先注意被測試件的要求,确保試件表面應潔淨,無灰塵、油污和氧化皮,可用砂輪機先将被測件表面局部打磨,顯出金屬色。試件表面的溫度不能過高,要求溫度小于120℃。測試最佳溫度為4℃-38℃。
三、分析所要測試的試件的特點
試件的表面應光滑,試件不能帶磁,試件的材料應和儀器預置的材料對應,試件的厚度應達到測試要求,試件的外形尺寸和支承環相吻合。
四、對試件進行測試
對于中型試件及小型試件,須要做支承或粘合處理,對于異型材料需做對比實驗即用同硬度制的台式硬度計在同一試件上測試對比做對比曲線,以确保測試精度的準确性。


故障

維修裡氏硬度計一般可以通過以下方法解決,如自己無法解決應返回廠商修理
一、硬度值不準确,誤差50HL左右
可以分幾步逐步檢查排除:1)供電電壓:先檢查裡氏硬度計供電電壓是否正常;2)沖擊裝置:把沖擊裝置各部件拆下來,清理幹淨灰塵或髒的東西;3)控制電路:控制内部電路元器件有損壞或變值,需要返廠維修。
二、LCD屏字體有缺筆
1)拆開裡氏硬度計外殼,把驅動LCD屏的IC重新插拔幾次(有些裡氏硬度計設計時,這些IC是用IC座來固定IC的),排除IC腳受氧化導緻接觸不良;2)LCD屏組塊内部損壞,需更換即可。
三、打硬度時LCD屏無顯示數值
1)檢查沖擊裝置是否存在接觸不良情況,反之沖擊裝置損壞,更換即可;2)裡氏硬度計内部電路出現故障,需返廠維修。
四、打印數據出現重疊
打印紙卡住問題,拆開安裝打印紙盒蓋,重新安裝打印紙即可排除此問題。
五、黑屏
測量供電電壓是否正常,否則電路有故障,需返廠維修。
六、沖擊不顯示數據
1. 這是返修的裡氏硬度計中最常見的一個故障,而造成這個故障的80%的原因是傳感器連接線的故障,為何會出現這麼高的故障呢?這主要是由于傳感器連接線的結構所決定的,由于傳感器連接線要連接着傳感器以及裡氏硬度計主機,隻要有一頭出現故障,那麼就會造成沖擊無法顯示數值了。而市面上幾乎所有的裡氏硬度計的連接線都是仿瑞士的PROCEQ結構的(裡氏硬度計的發明),傳感器連接線的一頭是帶有三針插頭,質量好的廠家一般會表面渡金,防止空氣氧化,導緻接觸不良,而這個三針插頭在與連接線注成一體的時候,針與線之間的連接是最關鍵的一道工序,如果加工的工廠做得不好,或者用一些次一點的連接線加工,這就很容易使其壽命減少,用戶在使用過程中,插拔連接線的方法不正确很容易把線弄壞。
2. 傳感器的另一頭是連接在主機上,而這一邊的插頭,很多廠家都使用雷莫的專用插頭,少數廠家使用的是仿雷莫插頭的國産插頭,另一些廠家使用标準的耳機插頭,但這頭壞的原因很少出現在插頭本身的質量上面,即無論用國産或是進口的插頭,都無礙。而出現故障的原因通常是插頭與連接線的焊接不牢,虛焊等,另一部分原因就是用戶在插拔的過程不注意,通常正确的插拔傳感器連接線應該是捏着插頭,而不是捏着線來拔下來,否則很容易破壞線與插頭的焊接。
3. 線圈三針座松導緻接觸不良,線圈多次插拔很容易造成線圈上的三針插座松動,或使線圈與針座之間的焊接脫落緻使傳感器沖擊不顯示。
4. 主機上的插座連接線脫落,這種情況出現機率比較小,除非人為拆動過機器,否則一般不會出現插座連接線脫落的現象。
5. 主機上的采集傳感器信号IC損壞,這種情況出現機率也比較小,如出現電源短路導緻IC燒壞,但一般容易察覺,IC燒壞都會帶有焦味。
七、沖擊體無法加荷或釋放
一般是傳感器上勾緊沖擊體的三片爪子不在一個中心,即不成一個等邊三角形,長期使用會使三片爪子的彈性發生改變,使其有些松動或移位,從而導緻抓取沖擊體容易滑落,釋放也是同樣的原因,三片爪子不在同一中心,不能形成一個等邊三角形,在松開爪子的時候,爪子其中兩片勾住沖擊體,另一片懸空,從而使沖擊體在爪子上不能正常釋放。
另一種情況則是沖擊體頂端磨損,導緻爪子不能正常抓取沖擊體。一般出現以上的情況,都需要返廠維修。
八、傳感器加載不順暢
一般是長期使用中,有灰塵進入加載套管内所緻,使得加載彈簧裡沾滿灰塵,所以加載不順暢,最好返廠檢修。


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