布氏硬度基准装置的结构特点和计量性能

　　0　引言

　　随着我国对外贸易和经济迅速发展,要求测定硬塑料、轻型钢、合金钢等材料的布氏硬度技术参数不断增加。特别是试验力在62.5×9.807N、31.25×9.807N、30.0×9.807N、15.2×9.807N、10×9.807N的布氏硬度需求量更大,建立小负荷布氏硬度基准装置,开展量值传递,对提高布氏硬度测量水平具有重要意义。

　　1　基本原理

　　布氏硬度的定义是用一定直径的硬质合金球,以规定的负荷压入试样表面,经规定的保持时间后卸除负荷,测量试样压痕的表面积,计算出布氏硬度值,该值是以试样压痕表面积的试验力表示。布氏硬度计算公式为:

　　式中:F为试验力;

　　D为硬质合金直径,mm;

　　d为试样压痕直径,mm。

　　2　结构特点

　　2.1　压痕测量系统结构特点

　　压痕测量系统结构如图1所示。

　　用高精度长度计测量显微镜的工作台位移,彻底消除了毂轮测量不可避免的回程间隙,提高了分辨力和测量精度,修复了自然时效长的工作台导轨,提高了导轨精度。该方法既实现了测量的高精度又达到稳定性好的效果。测试结果见表1。

　　研制了压痕测量系统专用软件,该软件通过对话框设置试验力、球压头直径等参数,将高精度长度计数据采集到计算机。软件能自动计算压痕的测量直径、硬度值、均匀度和测量结果的扩展不确定度,并能自动判断测量结果是否符合试验方法和检定规程的要求,节约了压痕测量时间,提高了效率和测量结果的可靠性。

　　2.2　主机部分结构特点

　　主机部分采用静重式结构,试验力由质量在重力场中产生,静重结构在试验力产生方式中是性能最稳定、精度最高的。在可编程控制器控制下,利用伺服电动机带动支撑转脚转进或转出,通过限位开关和控制电动机转动时间,确保了同层转脚处于同一状态,实现了试验力变换的自动化。设计了严密的保护措施和报警功能,提高了基准装置的可靠性和自动化程度。

　　3　已达到的技术指标和可实现的标尺

　　3.1　已达到的技术指标

　　1)压痕测量系统工作台在1mm范围内示值误差≤0.2μm(x方向);

　　2)压痕测量系统工作台在1mm范围内示值误差≤0.1μm(y方向);

　　3)各级试验力误差绝对值小于其标称值的0.1%;

　　4)试验力施加时间为6s;

　　5)试验力加荷速度为0.82mm/s;

　　6)小负荷试验力保持时间控制误差为0.2s;

　　7)大负荷试验力保持时间控制误差为0.5s;

　　8)试验力在(10~125)×9.807N范围的小负荷布氏硬度基准装置不确定度Urel=0.9%(k=3);