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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2022-11-03 17:33
硬度測(cè)試具有快速、不損傷材料和易于執(zhí)行的特點(diǎn)，在鋼鐵、鑄造、鍛造、熱處理以及有色金屬加工等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。
傳統(tǒng)的硬度測(cè)試設(shè)備主要是臺(tái)式硬度計(jì)，包括布氏、洛氏和維氏硬度計(jì)。硬度測(cè)試工作主要在實(shí)驗(yàn)室完成，鋼鐵行業(yè)主要采用傳統(tǒng)的方式測(cè)試材料硬度，這種方式不僅浪費(fèi)材料，而且耗費(fèi)人力和時(shí)間，檢測(cè)效率低。當(dāng)需要對(duì)批量工件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)硬度測(cè)試時(shí)，常將臺(tái)式硬度計(jì)放置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用，這樣可以滿足一部分現(xiàn)場(chǎng)硬度測(cè)試的需求。臺(tái)式硬度計(jì)不能移動(dòng)，需要將工件拿到硬度計(jì)上進(jìn)行測(cè)試，可檢測(cè)工件的尺寸有限。對(duì)于大型、組裝、不可切割及不便移動(dòng)的工件，常采用錘擊式布氏硬度計(jì)、里氏硬度計(jì)、搖臂式大型硬度計(jì)或門式硬度計(jì)來進(jìn)行硬度測(cè)試。然而，錘擊式布氏硬度計(jì)和里氏硬度計(jì)屬于動(dòng)態(tài)加力的硬度測(cè)試方法，精度不高，重復(fù)性和可靠性差，經(jīng)常不能滿足要求。雖然搖臂式大型硬度計(jì)及門式硬度計(jì)采用了標(biāo)準(zhǔn)的洛氏硬度或布氏硬度測(cè)試方法，精度和可靠性都能滿足要求，但是需要移動(dòng)工件，檢測(cè)效率較低，并且試驗(yàn)力只能是垂直向下的，不能檢測(cè)不便移動(dòng)和組裝后的工件，故其仍然不能滿足某些現(xiàn)場(chǎng)硬度測(cè)試的需要。
美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM E110—2014 Standard Test Method for Rockwell and Brinell Hardness of Metallic Materials by Portable Hardness Testers(以下簡(jiǎn)稱E110)定義了可以現(xiàn)場(chǎng)使用的便攜式洛氏硬度計(jì)和便攜式布氏硬度計(jì)。這些硬度計(jì)采用了ASTM E18—2020 Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials(以下簡(jiǎn)稱E18)或ASTM E10—2018 Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials(以下簡(jiǎn)稱E10)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)硬度測(cè)試方法，以及標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)力和壓頭，大部分儀器可以通過E18或E10規(guī)定的間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性滿足E18或E10的要求。這些硬度計(jì)便于攜帶，可以安裝或夾在工件上，可以在現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確檢測(cè)工件硬度。
中國(guó)冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T 4285—2012 《采用便攜式硬度計(jì)測(cè)試金屬壓痕硬度的試驗(yàn)方法》修改采用了E110。
便攜式硬度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)體系已初步建立，包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程(或校準(zhǔn)規(guī)范)。來自沈陽(yáng)天星試驗(yàn)儀器股份有限公司的張鳳林結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)E110，詳細(xì)分析了各類便攜式硬度計(jì)的技術(shù)來源、原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、主要性能、最新技術(shù)及其與標(biāo)準(zhǔn)的符合程度。
硬度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
李自武等分析了E18，E10與相應(yīng)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的不同點(diǎn)，并將E10與中國(guó)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比分析。
1.1 洛氏硬度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)E18和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 230.1—2018《金屬材料 洛氏硬度試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法》規(guī)定了洛氏硬度測(cè)試方法，具體規(guī)定了測(cè)試原理、試驗(yàn)力、壓頭、試樣、測(cè)試程序等內(nèi)容。
E18的附錄A1和GB/T 230.2—2012 《金屬材料 洛氏硬度試驗(yàn) 第2部分：硬度計(jì)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)》規(guī)定了洛氏硬度計(jì)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)方法，包括直接檢驗(yàn)、間接檢驗(yàn)和日常檢驗(yàn)。直接檢驗(yàn)是確定硬度計(jì)關(guān)鍵部件的參數(shù)是否處于允許范圍內(nèi)的過程，檢驗(yàn)內(nèi)容包括試驗(yàn)力、壓痕深度，機(jī)械滯后及測(cè)試循環(huán)時(shí)間等；間接檢驗(yàn)是周期性的使用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊檢驗(yàn)硬度計(jì)綜合性能的過程，檢驗(yàn)內(nèi)容包括示值誤差和示值重復(fù)性；日常檢驗(yàn)是在兩次間接檢驗(yàn)期間，在每日使用之前，用一塊和待測(cè)硬度接近的標(biāo)準(zhǔn)硬度塊監(jiān)測(cè)硬度計(jì)性能的過程。
E18對(duì)洛氏硬度計(jì)的性能要求高于GB/T 230.2—2012，如：E18規(guī)定的試驗(yàn)力準(zhǔn)確度高于GB/T 230.2—2012；E18規(guī)定的最大允許示值誤差低于GB/T 230.2—2012。可以大致認(rèn)為，硬度計(jì)如果符合E18，通常也符合GB/T 230.2—2012，反之則不成立。
1.2 布氏硬度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)E10和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 231.1—2018《金屬材料 布氏硬度試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法》規(guī)定了布氏硬度測(cè)試方法，具體規(guī)定了測(cè)試原理、試驗(yàn)力、球壓頭、壓痕測(cè)量裝置等內(nèi)容。
E10的附錄A1和GB/T 231.2—2012 《金屬材料 布氏硬度試驗(yàn) 第2部分：硬度計(jì)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)》規(guī)定了布氏硬度計(jì)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)方法，包括直接檢驗(yàn)、間接檢驗(yàn)和日常檢驗(yàn)。
E10和GB/T 231.2—2012對(duì)硬度計(jì)的性能要求相近，可以大致認(rèn)為：硬度計(jì)如果符合E10，就符合GB/T 231.2—2012，反之亦然。
便攜式硬度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)E110
2.1 范圍
美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)E110定義了采用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法的便攜式硬度計(jì)，其中包括便攜式洛氏硬度計(jì)和便攜式布氏硬度計(jì)，不包括便攜式維氏硬度計(jì)，也不包括動(dòng)態(tài)加力的里氏、超聲及錘擊式布氏硬度計(jì)。
2.2 原理與特點(diǎn)
(1) 便攜式硬度計(jì)的測(cè)試原理、試驗(yàn)力、壓頭符合E18或E10的規(guī)定。
(2) 便攜式硬度計(jì)的試驗(yàn)力和壓痕深度測(cè)量裝置的準(zhǔn)確度不能滿足E18或E10的公差要求。
(3) 部分便攜式布氏硬度計(jì)不能保持試驗(yàn)力，使用中應(yīng)嚴(yán)格按照制造商的說明操作儀器。
(4) 使用便攜式硬度計(jì)進(jìn)行硬度測(cè)量不符合E18或E10的要求。
2.3 檢驗(yàn)
(1) 因某些參數(shù)不符合要求，所以便攜式硬度計(jì)不能通過直接檢驗(yàn)。
(2) 應(yīng)按照E18或E10規(guī)定的方法和程序進(jìn)行間接檢驗(yàn)，示值誤差和示值重復(fù)性應(yīng)符合E18或E10的要求。
(3) 應(yīng)按照E18或E10規(guī)定的方法和程序進(jìn)行日常檢驗(yàn)，示值誤差和示值重復(fù)性應(yīng)符合E18或E10的要求。
(4) 因?yàn)楸銛y式硬度計(jì)移動(dòng)時(shí)可能發(fā)生損壞，所以建議在每天使用過程中重復(fù)進(jìn)行日常檢驗(yàn)。
2.4 表示方法
在試驗(yàn)報(bào)告中，測(cè)試結(jié)果應(yīng)標(biāo)注/P，以表示是用便攜式硬度計(jì)測(cè)得的。如：40 HRC/P表示使用便攜式洛氏硬度計(jì)C標(biāo)尺測(cè)得的洛氏硬度為40 HRC。
2.5 應(yīng)用
便攜式硬度計(jì)主要用于因尺寸、位置、測(cè)量點(diǎn)等因素的限制，而無法使用臺(tái)式硬度計(jì)的場(chǎng)合。
U型便攜式硬度計(jì)
U型便攜式硬度計(jì)包括小型、C型、雙表型3種類型，3種硬度計(jì)的工作原理相同，其共同特點(diǎn)是受力元件是一個(gè)U型彈性體，儀器通過檢測(cè)U 型彈性體在試驗(yàn)力作用下的變形量測(cè)量試驗(yàn)力的大小。
3.1 小型便攜式洛氏硬度計(jì)
小型便攜式洛氏硬度計(jì)外觀如圖1所示，由美國(guó)和中國(guó)公司生產(chǎn)。
儀器由一個(gè)主機(jī)和一個(gè)底座組成，主機(jī)可以單獨(dú)使用。主機(jī)的主框架是一個(gè)U型彈性體，力值指示表通過測(cè)量彈性體的變形量實(shí)現(xiàn)力值測(cè)量。U型彈性體的左側(cè)是砧座，右側(cè)是由加力手輪、測(cè)微螺桿和壓頭組成的測(cè)量主軸，測(cè)量主軸與砧座同軸。測(cè)量時(shí)，被測(cè)件放置于砧座與壓頭之間，儀器通過安裝在測(cè)微螺桿上的轂輪測(cè)量壓痕深度，直接讀取洛氏硬度。
小型洛氏硬度計(jì)用于測(cè)試尺寸較小的零件，不同型號(hào)儀器的最大量程為25~100mm，其中最小型號(hào)的儀器量程為0~25mm，其主機(jī)質(zhì)量只有0.8kg，該儀器輕巧、使用方便，可以像千分尺一樣使用，其試驗(yàn)方法、試驗(yàn)力、壓頭都符合E18的規(guī)定，試驗(yàn)力和深度測(cè)量裝置的準(zhǔn)確度都不能滿足E18和GB/T 230.2—2012的要求，儀器不能通過直接檢驗(yàn)，可以通過間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性可以滿足GB/T 230.2—2012的要求，但是不能滿足E18的要求，其性能明顯差于臺(tái)式洛氏硬度計(jì)。
3.2 C型便攜式洛氏硬度計(jì)
C型便攜式洛氏硬度計(jì)外觀如圖2所示，由美國(guó)和中國(guó)公司生產(chǎn)。
C型硬度計(jì)的原理與小型硬度計(jì)相同，只是U型彈性體大小不同，安裝位置不同。儀器的主框架呈C型結(jié)構(gòu)，C型框架下端是可以上下移動(dòng)的砧座，上端是測(cè)量頭，U型彈性體位于測(cè)量頭內(nèi)，測(cè)量頭下端是固定的壓頭罩,壓頭罩中間是壓頭。測(cè)量時(shí)，工件被砧座和壓頭罩夾緊，壓頭從壓頭罩中間伸出，壓入工件表面，測(cè)得的洛氏硬度從轂輪上讀取。
C型硬度計(jì)是將工件夾緊之后再對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，可以保證壓頭垂直于工件表面，不會(huì)發(fā)生主軸晃動(dòng)、工件移動(dòng)等情況，測(cè)試的穩(wěn)定性高、重復(fù)性好。儀器適用于測(cè)試尺寸較大的工件，不同型號(hào)儀器的最大量程為100~500mm，最小型號(hào)儀器的量程為0~100mm，質(zhì)量為2.3kg。
與小型硬度計(jì)相同，C型硬度計(jì)也采用標(biāo)準(zhǔn)的洛氏硬度試驗(yàn)方法、試驗(yàn)力和壓頭，力值和壓痕深度測(cè)量裝置的準(zhǔn)確度不能滿足E18和GB/T 230.2—2012的要求，儀器不能通過直接檢驗(yàn)，可以通過間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性可以滿足GB/T 230.2—2012的要求，性能指標(biāo)比小型硬度計(jì)好，比臺(tái)式硬度計(jì)稍差。
當(dāng)球壓頭直徑為2.5mm，試驗(yàn)力為1839N時(shí)，小型和C型硬度計(jì)具有布氏硬度計(jì)的功能，稱為便攜式布氏硬度計(jì)或布洛硬度計(jì)。儀器仍然不能通過直接檢驗(yàn)，其中C型便攜式布氏硬度計(jì)可以通過間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性符合GB/T 231.2—2012的要求。但是，直徑為2.5mm 球壓頭的便攜式布氏硬度計(jì)一般會(huì)配備B型壓痕測(cè)量裝置(帶測(cè)量刻度線的讀數(shù)顯微鏡)，這一點(diǎn)不符合E10的規(guī)定。
3.3 雙表型便攜式洛氏硬度計(jì)
雙表型便攜式洛氏硬度計(jì)外觀如圖3所示。
雙表型便攜式洛氏硬度計(jì)有兩個(gè)顯示表分別指示力和硬度，儀器使用較麻煩。
組合型便攜式洛氏硬度計(jì)
4.1 電子組合型便攜式洛氏硬度計(jì)
電子組合型便攜式洛氏硬度計(jì)外觀如圖4所示。
儀器由主機(jī)和一套4件不同尺寸的支撐臂組成，整體呈C型組合式結(jié)構(gòu)。由于儀器較小，主軸移動(dòng)范圍有限，在測(cè)試不同尺寸工件時(shí)需要更換不同大小的支撐臂，儀器量程為0~100mm，工件尺寸每變化25mm 需要更換一個(gè)支撐臂，支撐臂的一側(cè)安裝到主機(jī)上，另一側(cè)的端部是砧座。測(cè)試時(shí)，工件被夾緊在砧座和壓頭罩之間，操作者轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，壓頭壓入工件表面，操作者根據(jù)顯示器顯示的力轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，從而完成測(cè)試，在顯示器上讀取測(cè)得的洛氏硬度。
該便攜式洛氏硬度計(jì)首次采用了力傳感器、位移傳感器、微處理器和數(shù)字顯示器等電子技術(shù)，儀器測(cè)試結(jié)果分辨率大幅提高,盡管力和壓痕深度的測(cè)試精度都有所提高，但是仍然不能滿足E18的要求，不能通過直接檢驗(yàn)。儀器可以通過間接檢驗(yàn)，示值誤差和示值重復(fù)性都能滿足E18的要求，并且與小型和C型硬度計(jì)相比都有所提高，但是與臺(tái)式洛氏硬度計(jì)相比還有差距，仍然屬于E110定義的便攜式洛氏硬度計(jì)。儀器比較突出的特點(diǎn)是采用了自制的電容式位移傳感器，儀器非常小巧，很輕便，質(zhì)量只有1.1kg，適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量尺寸變化范圍不大的小零件。
4.2 電動(dòng)組合型便攜式洛氏硬度計(jì)
電動(dòng)組合型便攜式洛氏硬度計(jì)是對(duì)電子組合型便攜式洛氏硬度計(jì)的改進(jìn)，其外觀如圖5所示。
儀器由主機(jī)和1套4件支撐臂組成，呈C型結(jié)構(gòu)，質(zhì)量為2kg。儀器由鋰電池供電，電機(jī)代替手輪自動(dòng)加力，力傳感器反饋力值信號(hào)，微處理器閉環(huán)控制試驗(yàn)力的加載。儀器試驗(yàn)力準(zhǔn)確，位移測(cè)量準(zhǔn)確，可以通過直接檢驗(yàn)和間接檢驗(yàn)，示值誤差和示值重復(fù)性符合E18的規(guī)定，與臺(tái)式洛氏硬度計(jì)相同。儀器屬于符合E18的真正洛氏硬度計(jì)，不屬于E110定義的便攜式洛氏硬度計(jì)。
儀器還可配備一個(gè)質(zhì)量為20kg的臺(tái)式測(cè)量支架(見圖6)。支架可安放在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的桌子或其他臺(tái)面上，并可適當(dāng)移動(dòng)。測(cè)量支架由底臺(tái)和立柱組成，立柱上設(shè)有安裝卡口，儀器主機(jī)可以根據(jù)待測(cè)工件的尺寸，由一個(gè)安裝板安裝在不同的卡口上，成為組合式可移動(dòng)的臺(tái)式硬度計(jì)，可測(cè)試尺寸小于250mm的工件。儀器操作方便，測(cè)試效率高，夾緊工件后按一下測(cè)試鍵即可自動(dòng)完成測(cè)試程序，顯示洛氏硬度，儀器適用于在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單一尺寸的批量工件。儀器的缺點(diǎn)是：當(dāng)工件尺寸變化較大時(shí)，需要進(jìn)行較多的拆卸組裝工作。
儀器還有無線傳輸功能，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以通過藍(lán)牙技術(shù)傳輸?shù)酱蛴C(jī)或計(jì)算機(jī)等設(shè)備上。
磁力便攜式硬度計(jì)
磁力便攜式硬度計(jì)利用磁力吸盤將硬度計(jì)固定在導(dǎo)磁的鋼鐵工件表面，不用支撐或移動(dòng)工件，只接觸工件一側(cè)即可完成標(biāo)準(zhǔn)的洛氏或布氏硬度測(cè)試，可以用于因過大或過重而無法用其他硬度計(jì)測(cè)試的工件。
5.1 機(jī)械磁力便攜式硬度計(jì)
機(jī)械磁力便攜式硬度計(jì)外觀如圖7所示，由中國(guó)公司生產(chǎn)。
該硬度計(jì)的特點(diǎn)是將C型便攜式硬度計(jì)的測(cè)量頭安裝在兩個(gè)磁力吸盤中間，利用磁吸力將硬度計(jì)固定在導(dǎo)磁的鋼鐵材料表面進(jìn)行硬度測(cè)試。由于采用了新型導(dǎo)磁材料制造的永磁鐵，因此硬度計(jì)在保證了足夠磁吸力的前提下，還能保持小型化、輕便化，質(zhì)量只有5.0kg。操作步驟與C型硬度計(jì)相同，在固定儀器后，操作者利用手輪施加試驗(yàn)力，壓頭壓入工件表面后，U形彈性體感應(yīng)到試驗(yàn)力的變化，接著指示表指示出試驗(yàn)力，螺旋測(cè)微計(jì)配合轂輪測(cè)量出壓痕深度，并在轂輪上顯示洛氏硬度。待測(cè)工件只要具有規(guī)格大于60mm×200mm(長(zhǎng)×寬)的平面，或直徑大于60mm的圓柱面都可以測(cè)試。
儀器的操作需要旋轉(zhuǎn)手輪，配合指示表施加試驗(yàn)力，試驗(yàn)力和深度測(cè)量裝置的準(zhǔn)確度都不能滿足GB/T 230.2—2012的要求，不能通過直接檢驗(yàn)，屬于E110定義的便攜式洛氏硬度計(jì)。儀器可以通過間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性可以滿足GB/T 230.2—2012的要求。
磁力式硬度計(jì)的缺點(diǎn)是：待測(cè)工件需要有足夠大的平面或圓柱面，不能測(cè)試復(fù)雜曲面，不能測(cè)試導(dǎo)磁性不好的奧氏體鋼(如304不銹鋼)或有色金屬。
5.2 數(shù)顯磁力便攜式洛氏硬度計(jì)示例1
數(shù)顯磁力便攜式洛氏硬度計(jì)示例1的外觀如圖8所示,由中國(guó)公司生產(chǎn)。
該硬度計(jì)是對(duì)機(jī)械磁力便攜式硬度計(jì)的改進(jìn)。儀器利用力傳感器測(cè)量試驗(yàn)力，提高了試驗(yàn)力的分辨率和準(zhǔn)確度，測(cè)試過程中，試驗(yàn)力顯示在顯示器上。該儀器的原測(cè)微螺桿上有一個(gè)電子編碼器，可將測(cè)微螺桿旋轉(zhuǎn)一周的軸向位移量細(xì)分為5000份，從而大大提高位移測(cè)量的分辨率和檢測(cè)精度。與其他便攜式洛氏硬度計(jì)不同的是，在操作儀器時(shí),操作者可以直接加力到總試驗(yàn)力，保持試驗(yàn)力后直接卸載到零。操作過程大大簡(jiǎn)化，檢測(cè)效率提高。儀器是在試驗(yàn)力達(dá)到98.07N初試驗(yàn)力的瞬間立刻完成位移測(cè)量的，這一點(diǎn)盡管不符合GB/T 230.2—2012關(guān)于試驗(yàn)循環(huán)時(shí)間的規(guī)定，但是卻可以在基本保證檢測(cè)精度的前提下簡(jiǎn)化測(cè)量操作，滿足便攜式硬度計(jì)操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)效率高的要求。改進(jìn)后的數(shù)顯磁力硬度計(jì)體積和質(zhì)量基本不變，質(zhì)量為5.3kg。
儀器屬于E110定義的便攜式硬度計(jì)，盡管力和位移的測(cè)量精度都有所提高，但是試驗(yàn)力的加載仍然是由人工完成的，試驗(yàn)力的準(zhǔn)確度及試驗(yàn)循環(huán)時(shí)間都不符合GB/T 230.2—2012的要求，仍然不能通過直接檢驗(yàn)，儀器可通過間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性可以滿足GB/T 230.2—2012的要求。
5.3 數(shù)顯磁力便攜式洛氏硬度計(jì)示例2
數(shù)顯磁力便攜式洛氏硬度計(jì)外觀如圖9所示，由意大利公司生產(chǎn)。
該硬度計(jì)由一個(gè)吊具的磁力吸盤、一個(gè)臺(tái)式快速硬度計(jì)的測(cè)量頭和一個(gè)帶有提手的直角金屬支架構(gòu)成，這是一種單磁力吸盤結(jié)構(gòu)。儀器由電感式位移傳感器精確測(cè)量壓痕深度，其采用兩個(gè)大小不同且經(jīng)過校正的彈簧，施加固定的初試驗(yàn)力和總試驗(yàn)力。
儀器的突出優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)效率高。儀器固定后，將加力手柄壓下，稍做停留，再抬起即可完成一次測(cè)量，在顯示器上讀取硬度。最快的測(cè)試時(shí)間可以達(dá)到4~5s。儀器的缺點(diǎn)是比較重，移動(dòng)不方便。磁力吸盤沒有經(jīng)過小型化、輕量化設(shè)計(jì)，其質(zhì)量高達(dá)25kg，現(xiàn)場(chǎng)使用很不方便。
與采用雙磁力吸盤的數(shù)顯磁力便攜式洛氏硬度計(jì)示例1相比，單磁力吸盤的儀器可以有一些特殊應(yīng)用，例如檢測(cè)工件邊緣、鋼管端頭或焊接后有錯(cuò)位的鋼管焊縫。
該硬度計(jì)也是屬于E110定義的便攜式洛氏硬度計(jì)，其試驗(yàn)力準(zhǔn)確度和試驗(yàn)循環(huán)時(shí)間都不能滿足E18的要求，不能通過直接檢驗(yàn)。儀器可以通過間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性可以滿足E18的要求。
5.4 電動(dòng)磁力便攜式洛氏硬度計(jì)示例1
電動(dòng)磁力便攜式洛氏硬度計(jì)示例1的外觀如圖10所示，由中國(guó)公司生產(chǎn)。
該硬度計(jì)由主機(jī)和電子控制箱兩部分組成，采用交流電源供電，電磁鐵將儀器固定在鋼鐵材料表面，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸施加試驗(yàn)力，位移傳感器測(cè)量壓痕深度，力傳感器測(cè)量試驗(yàn)力，通過微處理器反饋控制電機(jī)加力，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)力的閉環(huán)控制，試驗(yàn)力準(zhǔn)確，位移測(cè)量準(zhǔn)確，可以通過直接檢驗(yàn)和間接檢驗(yàn)，示值誤差和示值重復(fù)性符合GB/T 230.2—2012的要求。儀器實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)檢測(cè)，可一鍵完成全部測(cè)試程序，得到洛氏硬度，操作十分簡(jiǎn)單。這是一臺(tái)真正符合GB/T 230.2—2012的便攜式洛氏硬度計(jì)。儀器的主要技術(shù)參數(shù)與高端臺(tái)式硬度計(jì)接近。
儀器的缺點(diǎn)是不夠便攜，儀器主機(jī)質(zhì)量為10.5kg，另外還有一個(gè)電子控制箱，現(xiàn)場(chǎng)使用需要有交流電源。
5.5 電動(dòng)磁力便攜式洛氏硬度計(jì)示例2
電動(dòng)磁力便攜式洛氏硬度計(jì)示例2的外觀如圖11所示，由中國(guó)公司生產(chǎn)。
該儀器是對(duì)國(guó)產(chǎn)數(shù)顯磁力便攜式洛氏硬度計(jì)示例1的改進(jìn)。儀器采用鋰電池供電，電機(jī)自動(dòng)加力代替手輪加力，力傳感器測(cè)量力的大小，經(jīng)過微處理器控制加力電機(jī)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)力的閉環(huán)控制。儀器還是采用螺旋測(cè)微計(jì)加電子編碼器的組合測(cè)量壓痕深度。儀器測(cè)試方法非常簡(jiǎn)單，按一下測(cè)試鍵即可自動(dòng)完成全部測(cè)試程序，顯示洛氏硬度。儀器主要技術(shù)參數(shù)優(yōu)于GB/T 230.2—2012和E18的規(guī)定，精細(xì)的小型化及輕量化設(shè)計(jì)使該儀器在增加了兩節(jié)大容量鋰電池和電機(jī)之后，體積和質(zhì)量基本不變，其質(zhì)量仍然是5.3kg。滿足了便攜式硬度計(jì)小型化、輕量化的要求。該儀器還有較強(qiáng)的續(xù)航能力，一次充電可連續(xù)檢測(cè)超過400次。利用儀器的USB接口可將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)出。
該儀器可通過GB/T 230.2—2012和E18的直接檢驗(yàn)和間接檢驗(yàn),示值誤差和示值重復(fù)性符合標(biāo)準(zhǔn)要求，是真正的洛氏硬度計(jì)，不屬于E110定義的便攜式硬度計(jì)，其主要性能參數(shù)與高端臺(tái)式洛氏硬度計(jì)無差別。
只要將該磁力便攜式洛氏硬度計(jì)球壓頭直徑更換為2.5mm，再采用1839N的試驗(yàn)力，就可具備布氏硬度計(jì)的功能，成為便攜式布氏硬度計(jì)或布洛硬度計(jì)。多數(shù)磁力便攜式布氏硬度計(jì)的示值誤差和示值重復(fù)性符合GB/T 231.2—2012的要求，但是不符合E10的要求，因?yàn)椴捎弥睆綖?.5mm球壓頭的便攜式布氏硬度計(jì)，一般會(huì)配備B型壓痕測(cè)量裝置，這一點(diǎn)不符合E10的規(guī)定。電動(dòng)磁力便攜式布洛硬度計(jì)示例2可以配備分辨率為2.5μm的A型壓痕自動(dòng)測(cè)試裝置，其示值誤差和示值重復(fù)性可以同時(shí)符合GB/T 231.2—2012和E10的要求。
液壓便攜式布氏硬度計(jì)
6.1 液壓便攜式布氏硬度計(jì)
提到便攜式布氏硬度計(jì)，業(yè)內(nèi)都會(huì)首先想到液壓便攜式布氏硬度計(jì)，這種硬度計(jì)在世界上影響很大，是公認(rèn)的便攜式布氏硬度計(jì)的主流產(chǎn)品，應(yīng)用非常廣泛，迄今已應(yīng)用了80多年。
液壓便攜式布氏硬度計(jì)外觀如圖12所示，由美國(guó)、英國(guó)和中國(guó)公司生產(chǎn)。
該儀器由一個(gè)測(cè)量頭和一個(gè)升降支架構(gòu)成，測(cè)量頭安裝在升降支架的前部，由一個(gè)搖柄控制測(cè)量頭的上下移動(dòng)。測(cè)量頭由液壓集成塊和壓力表組成，液壓集成塊是一個(gè)小型的液壓系統(tǒng)，如千斤頂一樣，依靠操作者反復(fù)扳動(dòng)加力桿加力，可以在油缸下部的直徑10mm球壓頭上獲得高達(dá)29420N的試驗(yàn)力。儀器質(zhì)量為13.7~14kg。
儀器的液壓集成塊上有一個(gè)釋放閥，該釋放閥在出廠前試驗(yàn)力被精確校準(zhǔn)到29420N，當(dāng)試驗(yàn)力達(dá)到29420N時(shí)，這個(gè)閥會(huì)打開，液壓集成塊內(nèi)高壓區(qū)的液體會(huì)流入低壓區(qū),壓力不再升高。當(dāng)一次加力動(dòng)作完成后，由于壓頭逐漸壓入試樣表面，液壓缸體會(huì)向下移動(dòng)，缸內(nèi)壓力會(huì)下降，另外，液壓系統(tǒng)還存在內(nèi)泄作用，缸內(nèi)壓力會(huì)進(jìn)一步下降，從指示表上可以看到，當(dāng)試驗(yàn)力達(dá)到29420N時(shí)，指針會(huì)快速下降，直到下次加力時(shí)可再次達(dá)到29420N。
該儀器的試驗(yàn)力不能保持，試驗(yàn)力在加載過程中大幅波動(dòng)，這一點(diǎn)不符合E10關(guān)于保持試驗(yàn)力和試驗(yàn)力準(zhǔn)確度的規(guī)定，不能通過直接檢驗(yàn)。儀器可以通過間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性可以滿足E10的要求，該硬度計(jì)屬于E110定義的便攜式布氏硬度計(jì)。
6.2 電動(dòng)液壓便攜式布氏硬度計(jì)
電動(dòng)液壓便攜式布氏硬度計(jì)外觀如圖13所示，由中國(guó)公司生產(chǎn)。
該新型硬度計(jì)是對(duì)液壓便攜式布氏硬度計(jì)的改進(jìn)。儀器由鋰電池組供電，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)微型液壓泵自動(dòng)連續(xù)加力代替了人工扳動(dòng)加力桿的間歇加力，其采用微處理器自動(dòng)控制加力過程，試驗(yàn)力可以保持，試驗(yàn)力的準(zhǔn)確度和硬度測(cè)試精度都符合GB/T 231.2—2012和E10的規(guī)定，可以通過直接檢驗(yàn)和間接檢驗(yàn)。其性能指標(biāo)與臺(tái)式布氏硬度計(jì)無差別。儀器取消了加力桿，一鍵即可自動(dòng)完成試驗(yàn)，操作簡(jiǎn)單，測(cè)試效率高，可大幅降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
儀器根據(jù)小型化、輕量化的原則，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加了6節(jié)大容量鋰電池組成的電池組，使用電機(jī)、微型液壓泵之后，整機(jī)的質(zhì)量保持不變，仍然是13.7kg。
結(jié)語
美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)E110定義了便攜式洛氏硬度計(jì)和便攜式布氏硬度計(jì)，這些硬度計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 230.1—2012,GB/T 231.1—2018,E18和E10規(guī)定的試驗(yàn)方法、試驗(yàn)力和壓頭，但是通常試驗(yàn)力和測(cè)深裝置的準(zhǔn)確度不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，有些便攜式布氏硬度計(jì)還不能保持試驗(yàn)力。這些便攜式硬度計(jì)一般不能通過標(biāo)準(zhǔn)GB/T 230.2—2012，GB/T 231.2—2012，E18和E10規(guī)定的直接檢驗(yàn)，但是其中的大部分硬度計(jì)可以通過間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
與臺(tái)式洛氏硬度計(jì)和布氏硬度計(jì)相比，大部分便攜式硬度計(jì)在進(jìn)行間接檢驗(yàn)時(shí)可以滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的示值誤差和示值重復(fù)性要求，只是指標(biāo)會(huì)偏低一些。由于現(xiàn)場(chǎng)使用條件不同于實(shí)驗(yàn)室，試驗(yàn)力的加載和控制是由人工完成的，試驗(yàn)結(jié)果受操作者個(gè)人因素的影響，所以實(shí)際使用中的便攜式硬度計(jì)的示值誤差和示值重復(fù)性往往會(huì)出現(xiàn)超差情況，另外，現(xiàn)場(chǎng)使用的便攜式硬度計(jì)故障率會(huì)高于臺(tái)式硬度計(jì)。
電動(dòng)便攜式洛氏硬度計(jì)由鋰電池供電，用電機(jī)加力代替手動(dòng)加力，采用了力傳感器、位移傳感器、微處理器等先進(jìn)的電子技術(shù)。該硬度計(jì)采用力傳感器閉環(huán)控制的加力方式，試驗(yàn)力準(zhǔn)確，壓痕深度測(cè)量也準(zhǔn)確。
電動(dòng)便攜式布氏硬度計(jì)由鋰電池組供電，其采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)微型液壓泵連續(xù)加力，代替了人工扳動(dòng)加力桿的間歇加力，在直徑為10mm球壓頭上施加29420N的試驗(yàn)力，并保持規(guī)定的10s時(shí)間，試驗(yàn)力準(zhǔn)確度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
上述電動(dòng)便攜式洛氏及布氏硬度計(jì)可以通過直接檢驗(yàn)和間接檢驗(yàn)，是真正的洛氏硬度計(jì)和布氏硬度計(jì)，其主要技術(shù)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 230.2—2012，GB/T 231.2—2012，E18和E10的規(guī)定，與臺(tái)式硬度計(jì)無差別，在硬度測(cè)試準(zhǔn)確度和自動(dòng)化程度方面，其與高端臺(tái)式硬度計(jì)相當(dāng)。
電動(dòng)便攜式硬度計(jì)可以為人們提供與實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式硬度計(jì)同樣準(zhǔn)確、可靠、符合規(guī)定的硬度測(cè)試數(shù)據(jù)。該硬度計(jì)可以在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用，在不損壞材料的前提下，快速、方便、準(zhǔn)確地完成硬度測(cè)試。
來源：理化檢驗(yàn)物理分冊(cè)
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