浙江国检检测

首页 国检动态

分享:便携式硬度计测试技术进展

2023-02-22 14:00:03 

张凤林 (沈阳天星试验仪器股份有限公司,沈阳 110168)

摘 要:结合标准 ASTM E1102014,便便的技 术来源原理结构特点:便式硬计采用洛氏硬度及布氏硬度的试验方法试验力和压头,而试验力准确度及压痕深度测量装置的精 度不符合标准要求,故部分便携式布氏硬度计不能保持试验力,也不能通过直接检验,大部分便携 式硬度计可通过间接检验,其示值误差和示值重复性可以满足标准要求;电动便携式硬度计采用电 机自动加力代替人工加力的方法,可自动完成测试,主要性能指标符合标准要求,可通过直接检验 和间接检验,其可提供与台式硬度计同样准确可靠合理的硬度检测数据,且性能与台式硬度计没 有差别

关键词:便携式洛氏硬度计;便携式布氏硬度计;电动便携式硬度计;直接检验;间接检验 中图分类号:TH871;TG115.5 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2022)10-0005-08

硬度测试具特点,在钢铁加工 等领域被广泛应用传统的硬度测试设备主要是台式硬度计,包括 度测工作要在,的方式测材料 硬度,这种方式不仅浪费材料,而且耗费人力和时 ,检测效率低当需要对批量工件进行现场硬度 测试时,常将台式硬度计放置在生产现场使用,这样 可以满足一部分现场硬度测试的需求台式硬度计 不能移动,需要将工件拿到硬度计上进行测试,可检测工件的尺寸有限对于大型组装不可切割及不 便移动的工件,常采用锤击式布氏硬度计里氏硬度 摇臂式大型硬度计[1]或门式硬度计来进行硬度 测试然而,锤击式布氏硬度计和里氏硬度计属于 动态加力的硬度测试方法,精度不高,重复性和可靠 性差,经常不能满足要求虽然摇臂式大型硬度计 及门式硬度计采用了标准的洛氏硬度或布氏硬度测 试方法,精度和可靠性都能满足要求,但是需要移动 工件,检测效率较低,并且试验力只能是垂直向下 ,不能检测不便移动和组装后的工件,故其仍然不 能满足某些现场硬度测试的需要美国 标 准 ASTM E1102014Standard Test Methodfor Rockwelland Brinell Hardnessof MetallicMaterialsby Portable HardnessTesters (以下简称 E110)定义了可以现场使用的便携式洛 氏硬度计和便携式布氏硬度计这些硬度计采用了 ASTM E182020 Standard Test Methods for RockwellHardnessof MetallicMaterials(以下简 E18)ASTM E102018 Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials(以下简称 E10)规定的标准硬度测试,以及标准的试验力和压头,大部分仪器可以E18E10规定的间接检验,其示值误差和示值重 复性满足 E18E10要求便,可以安装夹在,件硬度中国冶金行业标准 YB/T42852012采用便 携式硬度计测试金属压痕硬度的试验方法修改采 用了 E110便携式硬度计的标准体系已初步建立,包括国 家标准行业标准和国家计量检定规程(或校准规 )[2]笔者结合标准 E110,便式硬度计的技术来源最新技术及其与标准的符合程度

1 硬度测试标准

李自武等[3]分析了 E18,E10与相应中国标准 的不同点,并将 E10与中国相应的标准进行了对比 分析

1.1 洛氏硬度测试标准

美国标准 E18GB/T230.12018 金属材料 洛氏硬1:定了洛氏硬度测试方法,具体规定了测试原理压头试样测试程序等内容E18的附录 A1GB/T230.22012金属材 料 洛氏硬度试验 第2部分:硬度计的检规定了洛氏硬度计的检验与校准方法,间接检验和日常检验直接检验是确定硬度计 关键部件的参数是否处于允许范围内的过程,检验 内容包括试验力压痕深度,机械滞后及测试循环时 间等;间接检验是周期性的使用标准硬度块检验硬 度计综合性能的过程,检验内容包括示值误差和示 值重复性;日常检验是在两次间接检验期间,在每日 使用之前,用一块和待测硬度接近的标准硬度块监 测硬度计性能的过程E18 对 洛 氏 硬 度 计 的 性 能 要 求 高 于 GB/T 230.22012,:E18 GB/T230.22012;E18GB/T230.22012,果符合 E18,GB/T230.22012,则不成立

1.2 布氏硬度测试标准

美国标准 E10和中国标准 GB/T231.12018 1:方法[4],具体验力球压头压痕测量装置等内容E10A1GB/T231.22012料 布2:规定了布氏硬度计的检验与校准方法,间接检验和E10GB/T231.22012能要 求相近,致认为:E10,GB/T231.22012,反之亦然

2 便式硬度计标准 E110

2.1

美国标准 E110用标验方的便 携式硬度计,其中便氏硬和便布氏硬度计,不包括便携式维氏硬度计,也不包括动 态加力的里氏超声及锤击式布氏硬度计

2.2 原理

(1)便硬度计的测试原理试验力压头符 E18E10的规定(2)便置的准E18E10(3)便,使用中应严格按照制造商的说明操作仪器(4)使用便携式硬度计进行硬度测量不符合 E18E10

2.3 (1 )

符合要求,所以便携式硬度 计不能通过直接检验(2)应按照E18E10程序间接检验,示值误E18 E10的要(3)E18E10程序日常检验,值误E18 E10的要(4)因为便携式硬度计移动时可能发生损坏, 所以建议在每天使用过程中重复进行日常检验

2.4 表示方法

在试验报告中,测试结果应标注/P,以表示是 用便携式硬度计测得的:40 HRC/P 表示使用 便携 式 洛 氏 硬 度 计 C 标 尺 测 得 的 洛 氏 硬 度 为 40HRC2.5 便携式硬度计主要用于因尺寸位置测量点等 因素的限制,而无法使用台式硬度计的场合


3 U型便携式硬度计

U 型便携式硬度计包括小型C双表型3类型,3种硬度计的工作原理,点是力元件是一个 U 型弹性体,U 性体在试验力作用下的变形量测量试验力的大小


3.1 小型便携式洛氏硬度计

小型便携式洛氏硬度计外观如图1所示,由美 国和中国公司生产1 小型便携式洛氏硬度计外观 仪器由一个主机和一个底座组成,主机可以单 独使用主机的主框架是一个 U 型弹性体,力值指 示表通过测量弹性体的变形量实现力值测量U 型弹性体的左侧是砧座,右侧是由加力手轮测微螺 杆和压头组成的测量主轴,测量主轴与砧座同轴测量时,被测件放置于砧座与压头之间,仪器通过安 ,[5],25~100 mm,0~25 mm,0.8kg,该仪使用便,可以像千分尺一样使 ,E18,E18GB/T230.22012,, ,GB/T230.22012,满足 E18要求,3.2 C C 便 便

C型硬度计的原理与小型硬度计相同,只是 U 型弹,C,C, 上端是测量头,U ,下端是固定的压头罩,, 工件被砧座和压头罩夹紧,压头从压头罩中间伸出, 压入工件表面,测得的洛氏硬度从毂轮上读取[5]C型硬度计是将工件夹紧,可以保证压头垂直于工件,工件移动等情况,测试的稳定性高重复性好仪器适用于测试尺寸较大的工件,不同型号仪器的 最大量程为100~500mm,最小型号仪器的量程为 0~100mm,质量为2.3kg与小型硬度计相同,C 型硬度计也采用标准的 洛氏硬度试验方法试验力和压头,力值和压测量装置的准确度不能满足 E18GB/T 230.22012的要求,仪器不能通过直接检验,可以通过间 接检验,其示值误差和示值重复性可以满足 GB/T 230.22012的要求,性能指标比小型硬度计好,台式硬度计稍差当球压头直径为 2.5 mm,试 验 力 为 1839 N ,小型和 C 型硬度计具有布氏硬度计的功能,为便携式布氏硬度计或布洛硬度计仪器仍然不能 通过直接检验,其中 C 型便携式布氏硬度计可以通 过间接检验,其示值误差和示值重复性符合 GB/T 231.22012的要求但是,直径为2.5mm 球压头 的便携式布氏硬度计一般会配备 B 型压量装 (带 测 量 刻 度 线 的 读 数 显 微 镜),这 一 点 E10的规定

3.3 双表型便携式洛氏硬度计

双表型便携式洛氏硬度计外观如图3所示双表型便携式洛氏硬度计有两个显示表分别指 示力和硬度,仪器使用较麻烦


4 组合型便携式洛氏硬度计

4.1 电子组合型便携式洛氏硬度计

电子组合型便携式洛氏硬度计外观如图4所示仪器由主机和一套 4 件不同尺寸的支撑臂组 ,整体呈 C 型组合式结构由于仪器较小,主轴 移动范围有限,在测试不同尺寸工件时需要更换同大小的支撑臂,仪器量程为0~100 mm,工件尺 寸每变化25mm 需要更换一个支撑臂,支撑臂的一侧安装到主机上,另一侧的端部是砧座测试时,在砧,,压入,手轮,从而完成测试,在显示器上读取测得的洛氏 硬度该便携式洛氏硬度计首次采用了力传感器移传感器微处理器和数字显示器等电子技术,仪器 测试,,E18 ,,E18,C,氏硬度计相比还有差距,E110的便 携式洛氏硬度计仪器比较突出的特点是采用了自 制的电容式位移传感器,仪器非常小巧,很轻便,量只有1.1kg,适用于现场测量尺寸变化范围不大 的小零件

4.2 电动组合型便携式洛氏硬度计

电动组合型便携式洛氏硬度计是对电子组合型 便携式洛氏硬度计的改进,其外观如图5所示仪器由主机和14件支撑臂组成,C型结 ,质量为2kg仪器由锂电池供电,电机代替手 轮自动加力,传感器反馈力值信号,微处理器闭控制试验力的加载仪器试验力准确,位移测量准 ,可以通过直接检验和间接检验,示值误差和示值 重复性符合 E18的规定,与台式洛氏硬度计相同仪器属于符合E18的真正洛氏硬度计,不属于E110 定义的便携式洛氏硬度计仪器还可配备一个质量为20kg的台式测量支 (见图6)。支架可安放在生产现场的桌子或其他 台面,可适,上设有安,件的尺寸,由一个安装板安装在不同的卡口上,成为 组合式 可 移 动 的 台 式 硬 度 计,可 测 试 尺 寸 小 于 8250mm 的工件仪器操作方便,测试效率高,夹紧 工件后按一下测试键即可自动完成测试程序,显示 洛氏硬度,仪器适用于在生产现场检测单一尺寸的 批量工件仪器的缺点是:当工件尺寸变化较大时, 需要进行较多的拆卸组装工作6 便携式洛氏硬度计支架外观 仪器还有无线传输功能,试验数据可以通过蓝 牙技术传输到打印机或计算机等设备上


5 磁力便携式硬度计

磁力便携式硬度计利用磁力吸盘将硬度计固定 在导磁的钢铁工件表面,不用支撑或移动工件,只接 触工件一侧即可完成标准的洛氏或布氏硬度测试, 可以用于因过大或过重而无法用其他硬度计测试的 工件[6]

5.1 机械磁力便携式硬度计

机械磁力便携式硬度计外观如图7所示,由中 国公司生产7 机械磁力便携式硬度计外观 该硬度计的特点是将 C 型便携式硬度计的测 量头安装在两个磁力吸盘中间,利用磁吸力将硬度 计固定在导磁的钢铁材料表面进行硬度测试由于 采用了新型导磁材料制造的永磁铁,因此硬度计在 保证了足够磁吸力的前提下,还能保持小型化轻便 ,质量只有5.0kgC型硬, 在固定仪器后,施加,入工件表面后,U 形弹性体感应到试验力的变化, 接着指示表指示出试验力,螺旋测微计配合毂轮测 量出压痕深度,并在毂轮上显示洛氏硬度件只要具有规格大于60mm×200mm(×)平面,或直径大于60mm 的圆柱面都可以测仪器的操作需要旋转手轮,配合指示表施加试 验力,试验力和深度测量装置的准确度都不能满足 GB/T230.22012的要求,不能通过直接检验,E110定义的便携式洛氏硬度仪器可以通间接检 验,其 示 值 误 差 和 示 重 复 性 可 以 满 足 GB/T 230.22012的要求力式硬度计的缺点是:待测工件需要有足够 大的平面或圆柱面,不能测试复杂曲面,不能测试导 磁性不好的奥氏体钢(304不锈钢)或有色金属

5.2 数显磁力便携式洛氏硬度计示例1

数显磁力便携式洛氏硬度计示例1的外观如图 8所示,由中国公司生产该硬度计是对机械磁力便携式硬度计的改进仪器利用力传感器测量试验力,提高了试验力的分 辨率和准确度,测试过程中,试验力显示在显示器 该仪器的原测微螺杆上有一个电子编码器,将测微螺杆旋转一周的轴向位移量细分为 5000 ,从而大大提高位移测量的分辨率和检测精度与其他便携式洛氏硬度计不同的是,在操作仪器时, 操作者可以直接加力到总试验力,保持试验力后直 接卸载到零操作过程大大简化,检测效率提高仪器是在试验力达到98.07N 初试验力的瞬完成位移测量的,这一点尽管不符合 GB/T230.22012,基本 ,便硬度计操作简单检测效率高的要求改进后的数 显磁力硬度计体积和质量基本不变,质量为5.3kg仪器属于 E110定义的便携式硬度计,尽管和位移的测量,然是由人,度及GB/T230.22012,,仪器,和示 值 重 复 性 可 以 满 足 GB/T 230.22012 要求

5.3 数显磁力便携式洛氏硬度计示例2

数显磁力便携式洛氏硬度计外观如图9所示, 由意大利公司生产该硬度计由一个吊具的磁力吸盘一个台式快 速硬度计的测量头和一个带有提手的直角金属支架 构成,这是一种单磁力吸盘结构仪器由电感式位 移传感器精确测量压痕深度,其采用两个大小不同 且经过校 正 的 弹 簧,施 加 固 定 的 初 试 验 力 和 总 试 验力仪器的突出优点是操作简单,检测效率高器固定后,将加力手柄压下,稍做停留,再抬起即可 完成一次测量,在显示器上读取硬度最快的测试 时间可以达到4~5s,不方便磁力吸盘没设计,质量高达25kg,现场使便与采用双磁力吸盘的便携式洛氏硬度 计示例1相比,单磁力吸应用,例如检测工件边缘的钢管焊缝该硬度计也是属于 E110的便氏硬 度计,其试验力准确度和试验循间都E18的要求,不能通过直接检验仪器可以通过间 接检验,其示值误差和示值重复性可以满足 E18要求

5.4 电动磁力便携式洛氏硬度计示例1

电动磁力便携式洛氏硬度计示例1的外观如图 10所示,由中国公司生产该硬度计由主机和电子控制箱两部分组成,用交流电源供电,电磁铁将仪器固定在钢铁材料表 ,利用电机驱动主轴施加试验力,位移传感器测量 压痕深度,力传感器测量试验力,通过微处理器反馈 控制电机加力,实现了试验力的闭环控制,试验力准,位移测量准确,可以通过直接检验和间接检验, 示值误差和示值重复性符合 GB/T230.22012要求仪器实现了全自动检测,试程序,得到洛氏硬度,操作十分简单这是一台真 正符合 GB/T230.22012的便携式洛氏硬度计仪器的主要技术参数与高端台式硬度计接近仪器 的 缺 点 是 不 够 便 携,仪 器 主 机 质 量 为 10.5kg,另外还有一个电子控制箱,现场使用需要 有交流电源

5.5 电动磁力便携式洛氏硬度计示例2

电动磁力便携式洛氏硬度计示例2的外观如图 11所示,由中国公司生产器是便氏硬1改进,自动代替手轮加力,,器控制加力电机,实现试验力的闭环控制仪器还 是采用螺旋测微计加电子编码器的组合测量压痕深 仪器测试方法非常简单,按一下测试键即可自 动完成全部测试程,术参数优于 GB/T230.22012E18,细的小型化及轻量化设计使该仪器在增加了两节大 容量锂电池和电机之后,体积和质量基本不变,其质 量仍然是5.3kg满足了便携式度计小型量化的要求仪器还有较的续能力,电可连续检测超过400利用仪器的 USB 接口 可将测量数据导出该仪器可通过 GB/T230.22012E18接检验和间接检验,示值复性准要求,是真正的洛氏硬度计,不属于 E110定义便携式硬度计,其主要性能参数与高端台式洛氏硬 度计无差别只要将该磁力便携式洛氏硬度计球压头直径更 换为2.5mm,再采1839N ,可具布氏硬度计的功能,便硬度计多数磁力便携式布氏硬度计的示值误差和 示值重复性符合 GB/T231.22012,不符合 E10的要求,2.5mm 头的便携式布氏硬度计,一般会配备 B型压痕测量 装置,这一点不符合 E10的规定电动磁力便携式 布洛硬度计示例2可以2.5μm A 型压痕自动测试装置,重复性以同时符合 GB/T231.22012E10的要求

6 液压便携式布氏硬度计

6.1 液压便携式布氏硬度计 提到便携式布氏硬度计,业内都会首先想到液 压便携式布氏硬度计,这种硬度计在世界上影响很 ,是公认的便携式布氏硬度计的主流产品,应用非 常广泛,迄今已应用了80多年液压便携式布氏硬度计外观如图12所示,由美 英国和中国公司生产12 液压便携式布氏硬度计外观 该仪器由一个测量头和一个升降支架构成,量头安装在升降支架的前部,由一个摇柄控制测量 头的上下移动测量头由液压集成块和压力表组 ,液压集成块是一个小型的液压系统,如千斤顶一 ,依靠操作者反复扳动加力杆加力,可以在油缸下 部的直径10mm 球压头上获得高达29420N 的试 验力13.7~14kg压集个释放阀,该释放阀 出厂29420N,达到29420N ,,压区的液体会流入低压区,当一加力动作完成后,由于压头逐渐压入试样表面,液压 体会,,,还存泄作,,上可以看到,当试验力达到29420N ,指针会快 速下,29420N,中大幅波动,E10试验力准确度的规,以通,性可以满 E10,该硬度计属于 E110定义的便携式 布氏硬度计

6.2 电动液压便携式布氏硬度计

电动液压便携式布氏硬度计外观如图13所示, 由中国公司生产该新型硬度计是对液压便携式布氏硬度计的改 仪器由锂电池组供电,由电机驱动微型液压泵 自动连续加力代替了人工扳动加力杆的间歇加力, 其采用微处理器自动控制加力过程,试验力可以保 ,试验力的准确度和硬度测试精度都符合 GB/T 231.22012E10,其性能仪器取消了加力杆,一键即可自动完成试验,操作简 ,测试效率高,可大幅降低劳动强度仪器根据小型化轻量化的原则,优化了结构设 ,增加了6节大容量锂电池组成的电池组,使用电微型液压泵之后,整机的质量保持不变,仍然是 13.7kg

7 结语

美国标准 E110定义了便携式洛氏硬度计和便 携式 布 氏 硬 度 计,这 些 硬 度 计 采 用 标 准 GB/T 230.12012,GB/T231.12018,E18E10的试验方法,但是通常试验装置的准确度不能满足标准要求,有些便携式布氏 硬度计还不能保持试验力这些便携式硬度计一般 不能通过标准 GB/T230.22012,GB/T231.22012,E18E10规定的直接检验,部分硬度计可以通过间接检验,其示值误差和示值 重复性可以满足标准要求与台式洛氏硬度计和布氏硬度计相比,大部分 便携式硬度计在进行间接检验时可以满足标准规定 的示值误差和示值重复性要求,只是指标会偏低一 由于现场使用条件不同于实验室,试验力的加 载和控制是由人工完成的,试验结果受操作者个人 因素的影响,所以实际使用中的便携式硬度计的示 值误差和示值重复性往往会出现超差情况,另外,场使用的便携式硬度计故障率会高于台式硬度计电动便携式洛氏硬度计由锂电池供电,用电机 加力代替手动加力,采用了力传感器位移传感器微处理器等先进的电子技术该硬度计采用力传感 器闭环控制的加力方式,试验力准确,压痕深度测量 也准确电动便携式布氏硬度计由锂电池组供电,其采 用电机驱动微型液压泵连续加力,代替了人工扳动 加力杆的间歇加力,在直径为10mm 压头上29420N 的试验力,并保持规定的10s时间,力准确度符合标准要求上述电动便携式洛氏及布氏硬度计可以通过直 接检验和间接检验,是真正的洛氏硬度计和布氏硬 度计,GB/T 230.22012,GB/T231.22012,E18E10,度计无差别,方面,其与高端台式硬度计相当电动便携式硬度计可以为人们提供与实验室台 度计硬度使,的前提下,快速方便准确地完成硬度测试

来源:材料与测试网