冲击体质量和冲击高度对里氏硬度测量值影响的分析

　　0　前言

　　激光里氏硬度测量的基本原理是用一定质量的冲击体从一定高度自由下落,以特定的能量(对D型试验:要求在试样表面的冲击能量为11 N·mm;冲击体质量为5.5 g)冲击试样表面后反弹,用冲击体在试样表面的反弹速率和冲击速率的比值计算里氏硬度值。与以往的里氏硬度测量不同的是,此处速率是利用激光干涉的方法进行精确测量的。冲击体自由落体于试样表面时,其冲击能量为为冲击体质量,h为冲击体下落高度,v为冲击体在试样表面的冲击速度)。当冲击体质量或下落高度有所改变时,针对同一试样,计算出的硬度值是不同的,某些情况下差别甚至很大,所以有必要对冲击体质量和下落高度的变化范围加以界定,使所测得的里氏硬度值在一可允许的范围内变动。本文通过正交试验的方法来研究以上两因素对里氏硬度测量值的影响,以便能合理地确定冲击体的质量和下落高度的变动区间范围,使其影响达到最小。

　　1　正交试验及数据分析

　　所谓正交试验,就是利用一套现成的规格化的表——正交表来安排多因素试验,并对试验结果进行统计分析,找出较优(或最优)试验方案的一种科学方法。本试验利用正交设计的方法可以确定各因素对所考察指标的影响;每个因素各水平不同时,指标的变化趋势;从而选出较好的试验条件。在数据分析时同时使用了极差分析法和方差分析法,以便能定量分析各因素及其水平对里氏硬度测量值的影响。

　　1.1　正交试验方案

　　在激光里氏硬度测量中,存在两个影响因素,即冲击体的质量和下落高度,分别记为A,B(两因素之间没有相互作用),里氏硬度测量值是要考察的指标。根据以往经验,确定了各因素的四个不同水平如表1所示。

　　根据因素个数和水平数,可知选用正交表L16(45)最为合适,最多可安排5个因素,将所要分析的两个因素随机安排在其中五个列上来安排试验。

　　试验选取了有代表性的里氏硬度高值块和低值块进行。针对软硬两种材料,在同样的因素水平下,分别进行了试验与数据分析,同时就两种材料的试验结果作了对比分析。

　　1.2　试验与数据分析及对比

　　高值块的极差与方差分析表如表2,3所示。

　　对于低值块,限于篇幅,本文只列出了方差分析表,见表4。

　　通过对高低两种硬度材料的计算分析,可看出两因素对里氏硬度测量值都具有显著性影响。相比而言,因素A对里氏硬度值的影响是主要的,文中所选取因素A的四个水平数值很相近(都接近要求值5.5 g)。所以,在里氏硬度测量中,不可以随便更换冲击体质量(在保证冲击能量恒定的前提下),否则将引起硬度测量值的较大变动。相反,通过方差分析,冲击高度的变化对硬度值的影响虽然显著,但为了试验的方便,文中所选因素B的四个水平值差异较大,当冲击高度在一较小范围内变动时,由此所引起的硬度测量值的变化是可以忽略的。图1是各因素的水平变化时,两种材料硬度测量值的变化情况。