洛氏硬度试验中加荷速度和总负荷保持时间的选择

　　一、引言

　　“硬度”表示的不是一个确定的物理量,而只是对材料变形能力的表征。硬度值的大小不仅取决于材料本身,也取决于试验条件和试验方法。影响硬度示值误差的因素很多,必须遵循统一的检定规程或试验方法,才能保证硬度量值的准确一致。金属洛氏硬度计检定规程中规定,加荷速度以压入时间(即加主负荷后指针或指示线开始移动至停止的这段时间)表示为4—6秒,总负荷保持时间(简称保荷时间)为10秒。GB/T230-91金属洛氏硬度试验方法中规定总试验力的保持时间应以示值指示器指示基本不变为准,推荐为:对于施加主试验力后不随时间继续变形的试样,保持时间为1—3秒,对于施加主试验力后随时间缓慢变形的试样,保持时间为6—8秒;对于施加主试验力后随时间明显变形的试样,保持时间为20—25秒。然而在实际试验中,由于很多时候都需要对成批生产零件作100%的逐个检定,因而往往不能满足较长的保荷时间,通常只有1—3秒。另一方面,GB/T230—91中规定压入时间为2—8秒。保荷时间和加荷速度会不会带来较大的硬度值误差?对于较高硬度材料来说,究竟应该具体选择怎样的保荷时间和加荷速度才能既保证精度,又提高工作效率?本文将从加荷速度和保荷时间对硬度值的影响入手进行具体分析。

　　二、原理与分析

　　洛氏硬度试验(C标尺)是以金刚石圆锥体压头先后两次在不同负荷下压入被测物体(第一次负荷为预负荷,第二次负荷称为总负荷,即预负荷加主负荷),并以压头在预负荷下的压痕深度与压头在总负荷作用后卸除主负荷而保留预负荷时的压痕深度之差来表示。深度差愈大则硬度值愈低,反之则高。

　　在主负荷全部施加后,有一个负荷保持时间,由于塑性变形的关系,这个时间的变化影响硬度值。一般来说,负荷保时间越长,负荷作用时间及材料的变形时间越长,也越有充分的时间建立起外力(负荷)与材料的抗力之间的平衡,使硬度值降低。中国计量科学研究院曾在基准仪器上进行了负荷保持时间对硬度值的影响实验,所得曲线如图1。

　　由此可见,总负荷保持时间越长,所得硬度值越低,尤其是当保持少于10秒时,曲线斜率很大,

　　即保持时间的变化使硬度值的变化显著。虽然这个时间的变化对高硬度的影响比对低硬度的小,但也不能忽略。本人在工作硬度计上用高、中、低硬度值的三块二等标准硬度块作了验证,结果如表1。可见,既使是对中、高硬度材料,保荷时间从10秒变为2秒所带来的误差也有约0.4HRC。

　　另一方面,主负荷的施加速度对硬度值也有影响。对于较硬的材料,主要表现为,加荷速度的加快使得在标准负荷的基础上增加了一个附加惯性力,从而使硬度值降低。这种影响对高硬度影响较大,而低硬度则不显著。有关文献[1]表明,当主负荷施加速度(用压入时间表示)从2秒变为12秒时,在开始10秒钟内,主负荷施加时间(空程时间)每增加1秒,所导致的高硬度值的升高约0.06HRC。图2、图3、图4是在不同的负荷保持时间下,加荷速度对同一材料不同硬度值的影响。