洛氏硬度试验的误差分析

    1 前言

    在计量检定工作中常听企业反映, 用洛氏硬度计测量金属材料的硬度, 其结果有时与材质报告单上标注的不一致。经调查发现, 许多企业虽然懂得洛氏硬度计如何使用, 但对使用过程中产生误差的原因及如何避免误差却不太了解, 下面就将计量检定中发现的洛氏硬度试验中产生误差原因及减小误差的方法叙述如下, 供企业在实际检验中参考。

    2 测量金属硬度的常见误差

    2.1 压头对测量结果的影响

    用压头检定不合格的洛氏硬度计检测标准硬度块, 发现硬度计的示值与标准硬度块的标称值产生了较大的误差, 误差的大小与压头的外观变化及被测标准硬度块的实际硬度有关。

    金刚石圆锥体压头使用一段时间后, 造成其外观尺寸发生变化, 主要表现在圆锥体压头的圆锥角和顶端球面不符合计量检定标准的要求, 当圆锥体压头的圆锥角实际值大于名义值时, 使得压头的压入深度变小, 测得的硬度值比实际值要高, 对低硬度材质的测量结果产生的误差较大, 对高硬度材质的测量结果产生的误差较小。金刚石圆锥体顶端球面变形使其半径的实际值大于名义值时, 也使得压头的压入深度变小, 测得的硬度值比实际值要高, 对高硬度材质的测量结果产生的误差较大, 对低硬度材质的测量结果影响较小。

    钢球压头强度和硬度如达不到计量检定标准的要求, 使用中容易产生变形, 形成椭圆体, 其几何尺寸超差, 当被测金属表面与椭圆体钢球的短轴垂直时,造成压痕浅, 则使测量结果比实际值增大。当被测金属表面与椭圆体钢球的长轴垂直时, 造成压痕加深,则测量结果比实际值减小。

    2.2 负荷对测量结果的影响

    洛氏硬度计负荷机构的砝码由于使用或保管不当产生锈蚀而使其质量发生变化, 则导致硬度计的负荷系统发生变化。当预负荷的实际值大于名义值时,则使得主负荷所引起的塑性变形的压头压入深度值变小, 使得硬度的测量结果比实际值升高, 对低硬度材质的测量结果产生的误差较大, 对高硬度材质的测量结果产生的误差较小。当主负荷实际值大于名义值时, 则由主负荷所引起的塑性形变而使压头的压入深度变大, 使得硬度的测量结果比实际值降低, 对低硬度材质的测量结果产生的误差较大, 对高硬度材质的测量结果产生的误差较小。

    2.3 机架及试样支承机构对测量结果的影响

    如果机架在试验力作用下产生弹性变形和弹性后效, 支承机构存在间隙、毛刺、油污、或刚性不够, 压头在主轴内的夹持方式不良, 硬度支承面有油污、毛刺或损伤, 试样支持面与试验台台面密合不好, 主轴连接部分加工不良以及有油污、锈蚀等, 都可以产生形变及位移, 从而产生一个虚假的压入深度, 使测量的硬度值比实际值偏低, 并且表现为示值变动度大。