1.測試原理

隨著單片技術(shù)的發(fā)展，1978年，瑞士人Leeb博士提出了一種全新的測硬方法，它的基本原理是具有一定質(zhì)量的沖擊體在一定的試驗(yàn)力作用下沖擊試樣表面，測量沖擊體距試樣表面1mm處的沖擊速度與回跳速度，利用電磁原理，感應(yīng)與速度成正比的電壓。里氏硬度值以沖擊體回跳速度與沖擊速度之比來表示。

計(jì)算公式：HL=1000*（VB/VA）

式中：HL——里氏硬度值

VB——沖擊體回跳速度

VA——沖擊體沖擊速度

2.測試步驟

（1） 將被檢測物體應(yīng)平放于地面，必須保證平穩(wěn)，不得有任何晃動，被檢測位置不得有懸空狀態(tài)，必要時需加支撐塊；

（2）打開硬度計(jì)→物體的材料設(shè)置→硬度值設(shè)置（HRC\HRB\HB）→硬度檢測方向設(shè)置→開始硬度檢測；

（3）將沖擊裝置壓緊在被測表面并向下按一下，1s后再按硬度計(jì)上面凸出的小圓柱，硬度值就會自動顯示出來，在這過程中操作人員必須將沖擊裝置放穩(wěn)，方向也應(yīng)與被測面保持垂直狀態(tài)；

（4）每個檢測部位應(yīng)至少測試3個點(diǎn)，兩測試點(diǎn)之間距離應(yīng)≥3mm，測試完后取平均值做為該部位硬度，并記錄，然后進(jìn)入下一個部位檢測；

（5） 測試結(jié)果與物體的要求進(jìn)行比較，達(dá)到要求為合格，轉(zhuǎn)入下一道工序；不合格則轉(zhuǎn)入隔離區(qū)，記錄檢測結(jié)果；

3.裝置

里氏硬度計(jì)有D、DC、D+15、C、G、E、DL七種：

D：外型尺寸：f20*70mm，重量：75g.通用型，用于大部分硬度測量。

DC：外型尺寸：f20*86mm，重量：50g。沖擊裝置很短，主要用于非常局促的地方，例如孔或圓筒內(nèi)。

D+15：外型尺寸：f20*162mm，重量：80g。頭部細(xì)小，用于溝槽或凹入的表面硬度測量。

C：外型尺寸：f20*141mm,重量：75g。沖擊能量zui小，用于測小輕、薄部件及表面硬化層。

G：外型尺寸：f30*254mm，重量：250g。沖擊能量大，對測量表面要求低。用于大、厚重及表面較粗糙的鍛鑄件。

E：外型尺寸：f20*162，重量80g壓頭為人造金剛石，用于硬度*材料的測定。

DL：外形尺寸：f20*202mm，重量：80g頭部更加細(xì)小，用于狹窄溝槽及齒輪面硬度的測定。

4.使用場合

在現(xiàn)場工作中，經(jīng)常遇到曲面試件，各種曲面對硬度測試結(jié)果影響不同，在正確操作的情況下，沖擊落在試件表面瞬間的位置與平面試件相同，故通用支撐環(huán)即可。但當(dāng)曲率小到一定尺寸時，由于平面條件的變形的彈性狀態(tài)相差顯著會使沖擊體回彈速度偏低，從而使里氏硬度示值偏低。因此對試樣，建議測量時使用小支撐環(huán)。對于曲率半徑更小的試樣，建議選用異型支撐環(huán)。

5.試件要求

（1）對被測試件的一般要求試件表面應(yīng)潔凈，無灰塵，無油污和無氧化皮。

（2）對試件表面溫度的要求試件表面的溫度不能過熱，要求溫度小于120℃。測試*溫度為4℃-38℃。

（3）對試件表面粗糙度的要求試件表面粗糙度應(yīng)滿足下表的要求，試件表面的粗糙度不但影響測試精度，而且影響沖擊球頭的使用壽命。

（4）對試件重量的要求

* 對足夠重的試件不需要支撐，直接進(jìn)行測試。

* 對重量不太重的試件，有懸伸部分的試件以及薄壁試件，在測試時應(yīng)使用物體支撐，以避免沖擊力引起試件的扭曲、變形和移動。

* 對重量較小的試件，應(yīng)使其與重量大與5kg的支撐體牢牢耦合，要求試件與支撐體表面必須平整、光滑，耦合劑(凡士林，機(jī)油等)用量不宜過多，測試方向必須垂直于耦合平面。沖擊裝置與試件重量的關(guān)系見下表：

（5）對試件表面硬化層厚度的要求對于表面覆有硬化層的試件，為保證測試精度，要求對應(yīng)于不同的沖擊裝置試件表面硬化層厚度應(yīng)符合下表規(guī)定：

（6）對板材、管壁型試件厚度的要求對于板材、管材和其它薄片型試件的測試，為保證測試精度，要求對應(yīng)于不同的沖擊裝置試件厚度應(yīng)符合下表

（7）對曲口試件保證測試精度的要求使用D型沖擊裝置，要求試件曲面半徑大于30mm；使用G型沖擊裝置，要求試件曲面半徑大于50mm。對不滿足上述要求的球面、柱面和凹面等曲口試件，為保證測試精度，應(yīng)采用異型支撐環(huán)（選購件）。

異型支撐環(huán)有如下規(guī)格：

* 外圓球面：K10-15mm，K14.5-30mm。

* 內(nèi)圓球面：HK11-13mm，HK12.5-17mm，HK16.5-30mm。

* 外圓柱面：Z10-15mm，Z14.5-30mm，Z25-50mm。

* 內(nèi)圓柱面：HZ11-13mm，HZ12.5-17mm，HZ16.5-30mm。

* 特殊外形：UN

（8）對試件表面無磁性的要求試件表面不能帶有磁性，帶有磁性的試件將影響測試精度。要求試件剩磁應(yīng)小于4G。

（9）對試件無振動的要求測試時，試件所處的四周環(huán)境不應(yīng)有振動，否則會影響測試結(jié)果。

6.范圍

根據(jù)里氏原理，只要材料具備一定剛性，能形成反彈，就能測出準(zhǔn)確的里氏硬度值，但很多材料里氏與其它制式的硬度沒有相應(yīng)的換算關(guān)系，里氏硬度計(jì)只裝了9種材料的換算表。具體材料如下：鋼和鑄鋼，合金工具鋼，灰鑄鐵，球墨鑄鐵，鑄鋁合金，銅鋅合金，銅錫合金，純銅，不銹銅。

對于一些特殊材料的試樣，用戶可使用公司提供的擬合曲線軟件做換算表。在實(shí)際生產(chǎn)中，使用的金屬材料多種多樣，由于里氏硬度計(jì)對材料的加工方式、材料的合金元素組成敏感，而里氏硬度計(jì)芯片中儲存的硬度換算表不可能都滿足用戶的需要，用戶在測試中，可以使用擬合軟件做自己的硬度換算表。

7.誤差影響

（1）數(shù)據(jù)換算產(chǎn)生的誤差

里氏硬度換算為其它硬度時的誤差包括兩個方面：一方面是里氏硬度本身測量誤差，這涉及到按方法進(jìn)行試驗(yàn)時的分散和對于多臺同型號里氏硬度計(jì)的測量誤差。另一方面是比較不同硬度試驗(yàn)方法所測硬度產(chǎn)生的誤差，這是由于各種硬度試驗(yàn)方法之一間不存在明確的物理關(guān)系，并受到相互比較中測量不可靠影響的原因。

（2）特殊材料引起的誤差

存貯在硬度儀中的換算表對下列鋼種可能產(chǎn)生偏差：

所有奧氏體鋼耐熱工具鋼和萊氏體鉻鋼（工具鋼類）硬質(zhì)材料會引起彈性模量增加，從而使L值偏低。這類鋼應(yīng)在橫截面上進(jìn)行測試局部冷卻硬化會引起L值偏高磁性鋼由于磁場影響，會使L值偏低。

表面硬化鋼，基體軟，會使L值偏低，當(dāng)硬化層大于0.8mm時（C型沖擊裝置為0.2mm）則不影響L值。

（3）齒輪檢測中的誤差

一般情況下，由于齒面較小，測試誤差相對較大，對此，用戶可根據(jù)情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的工裝，將有助于減小誤差。

（4）材料彈性、塑性的影響

里氏值除與硬度、強(qiáng)度相關(guān)外，更與彈性模量有關(guān)，硬度值是材料硬度和塑性的特征參數(shù)，因?yàn)閮烧叩某煞直厝皇枪餐瑴y定的。

在彈性部分，首先明顯受E模量影響，在這方面當(dāng)材料的靜態(tài)硬度相同，而E值大小不同時，E值低的材料，L值較大

（5）熱軋方向造成的誤差

當(dāng)被測工件系熱軋工藝成型時，如果測試方向與軋制方向一致，會因彈性模量E偏大而造成測試值偏低，故測試方向應(yīng)垂直于熱軋方向。例如：測圓柱截面硬度時，應(yīng)在徑向測試為好。（一般圓柱熱軋方向?yàn)檩S向）。

（6）試樣重量、粗糙度、厚度的影響

（7）試件磁性應(yīng)小于300高斯

（8）其它因素的影響

測量管件硬度時須注意：管件注意穩(wěn)固支撐，測試點(diǎn)應(yīng)靠近支撐點(diǎn)且與支撐力平行，管壁較薄在管內(nèi)放入適當(dāng)芯子。

8.選擇

里氏硬度計(jì)屬于計(jì)量檢測儀器，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、進(jìn)行失效分析方面起著重要作用，因此選擇好里氏硬度計(jì)對于使用者來說是個關(guān)鍵問題。

如何鑒別里氏硬度計(jì)的優(yōu)劣？

真正的里氏硬度計(jì)是符合國家標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)且具有互換一致性的。雖然中國有關(guān)部門制定了里氏硬度計(jì)國家標(biāo)準(zhǔn)，有些生產(chǎn)廠家的技術(shù)實(shí)力由于達(dá)不到生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)里氏硬度計(jì)的水平，因此采用修正的方法生產(chǎn)里氏硬度計(jì)，其產(chǎn)品雖也名為里氏硬度計(jì)，但與真正的里氏硬度計(jì)相去甚遠(yuǎn)，原本測值不準(zhǔn)的硬度計(jì)經(jīng)過修正后也可以達(dá)到測試硬度試塊準(zhǔn)確的要求，因此用戶要選擇好里氏硬度計(jì)需要注意真正里氏硬度計(jì)的以下特征：

①沖擊裝置具有互換性。里氏硬度計(jì)的一臺主機(jī)可以同時配置七種不同類型的沖擊裝置；若干支同一種類的沖擊裝置可以配置在一臺主機(jī)上。

②沖擊裝置的沖頭具有可更換性。里氏硬度計(jì)沖擊裝置的沖頭具有可更換性。同一種類沖擊裝置的沖頭可以相互替換而不影響測值。

③里氏硬度計(jì)不具有可調(diào)整性。里氏硬度計(jì)出廠后不具有可調(diào)整性，由于球頭的磨損造成測值不準(zhǔn)時，應(yīng)采用更換球頭的辦法解決。

④里氏硬度計(jì)測量誤差在硬度的全范圍滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。里氏硬度計(jì)測量誤差在硬度的整個范圍從低到高都是滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的誤差要求的。

9.行業(yè)

熱處理是提高和保證機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性、提高制造業(yè)市場競爭力的重要基礎(chǔ)之一，其行業(yè)水平的高低對制造業(yè)發(fā)展起著舉足輕重的作用。我國的熱處理行業(yè)除了少數(shù)廠家外，總體水平遠(yuǎn)不能適應(yīng)加入WTO后熱處理行業(yè)面臨的更激烈的市場競爭環(huán)境。在這其中，我國的熱處理檢測設(shè)備更為落后。嚴(yán)重的限制和阻礙了工藝技術(shù)的發(fā)展和造成產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定，更重要的是不能有效的防止產(chǎn)品出現(xiàn)不必要的質(zhì)量事故。下面我就機(jī)械零件、工模具熱處理后zui常用的硬度測試來舉例。

硬度是衡量金屬材料軟硬的一個指標(biāo)，硬度值實(shí)際上不是一個單位的物理量，它是表征著材料的彈性、塑性、形變、強(qiáng)化率、強(qiáng)度和韌性等一系列不同物理量組合的一種綜合性能指標(biāo)，一般可以認(rèn)為硬度是指金屬表面上不大體積內(nèi)抵抗變形破裂的能力。采用便攜式里氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度檢測的實(shí)用價值在于不必破壞工件并可成批檢驗(yàn)零件，已成為產(chǎn)品質(zhì)量檢查、制定合理工藝和分析產(chǎn)品質(zhì)量的重要實(shí)驗(yàn)方法之一。

根據(jù)對里氏硬度計(jì)的使用狀況與使用方式，里氏硬度計(jì)是壓入和回跳硬度值組合的一種測試方式，從結(jié)構(gòu)上有它*而又廣泛的實(shí)用性，尤其是測試大中型尺寸而且形狀復(fù)雜的工件及工模具的硬度值與失效分析，具有其他類型硬度計(jì)不可替代的優(yōu)勢。

10.檢測

（1）用里氏硬度計(jì)測試硬度來分析、驗(yàn)證大型齒軸、內(nèi)齒圈預(yù)處理工藝及滲碳淬火工藝的方法：

預(yù)處理工藝后測試

這道工藝操作后的質(zhì)量直接影響滲碳工藝操作后齒軸、內(nèi)齒圈滲碳層硬度分布的均勻性、齒部的變形量。更重要的是芯部的強(qiáng)度（未滲層）。當(dāng)用里氏硬度計(jì)測試齒軸的齒部及柄部、內(nèi)齒圈的外圓內(nèi)徑及端面，如果發(fā)現(xiàn)測試的同一區(qū)域硬度zui高和zui低的相差較大，在審查儀表爐溫、裝爐方式、工藝?yán)鋮s方式都正常的前提條件下，就可根據(jù)硬度值高低差值及分布的狀況，推斷出工件內(nèi)組織存在著偏析或帶狀組織。如金相圖片顯示的帶狀偏析

因?yàn)橛糜捕确y試的實(shí)況是測試點(diǎn)在黑色的珠光體帶硬度偏高，在白色鐵素體帶硬度偏低。這種組織缺陷在隨后的滲碳淬火工藝操作中是不可能消除，而是被保留下來。一旦大型齒軸、內(nèi)齒圈存在這種組織缺陷，在裝機(jī)使用時不僅會造成使用壽命短的問題，而且常造成重大設(shè)備事故。當(dāng)我們通過測試硬度法可推斷出鍛件中有這種帶狀偏析后，立即采用固溶處理工藝操作或其他消除帶狀偏析的工藝即可消除缺陷，從而防止設(shè)備事故的發(fā)生、減少損失。

滲碳工藝后測試

這道工藝是齒軸與內(nèi)齒圈的zui終熱處理工藝，通常檢驗(yàn)人員只對試樣測試HRC硬度，

然后再切開試樣做金相分析：滲層馬氏體級別、碳化物級別、形態(tài)分布、殘余奧氏體量形態(tài)、心部馬氏體級別，再用顯微硬度計(jì)測試滲層從表層至HV550硬度為深層深度以上操作作為終檢。但從現(xiàn)場發(fā)生齒軸早期失效斷軸，齒部嚴(yán)重磨損的事故分析中發(fā)現(xiàn)，實(shí)物的硬度低于試樣的硬度，尤其常常出現(xiàn)在深層滲碳時，原因是實(shí)物齒軸、內(nèi)齒圈與試樣不是同塊料上截取下來的，也不是同一爐所做的預(yù)處理。這樣在實(shí)物與試樣滲前原始組織不同，滲后的組織與硬度有一定差異，更主要的是在整個滲碳工藝操作中，由于工件的擺放及滲碳表面積巨大的差異（化學(xué)熱處理吸收過程的相界面反應(yīng)及主要因素中有一條滲入介質(zhì)各組分的濃度與工件表面狀態(tài)、表面形狀、表面積大小及表面能量對化學(xué)熱處理過程有極其重要的影響）把里氏硬度計(jì)測試出的硬度與試樣上洛氏硬度計(jì)及顯微硬度計(jì)測試出的硬度相比較、加之對試樣滲層的金相組織分析結(jié)合起來，就可較快而準(zhǔn)確的找出產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因。加之作必要的工藝調(diào)整，可在工件組裝前就把事故隱患消除。

（2）用里氏硬度計(jì)測試硬度來分析、驗(yàn)證中大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)模具工藝，

這是一支用馬氏體不銹鋼所制作的飼料模具，主要用于生產(chǎn)飼料。模具上有10000～27000個孔，每小時有10噸的混合飼料粉狀物從?？讌^(qū)擠出成為顆粒狀。所以環(huán)模質(zhì)量與使用壽命的關(guān)鍵控制點(diǎn)是環(huán)模上?？讌^(qū)的硬度與滲層。以下是?？啄p的實(shí)物圖片：

由于模具尺寸大，而且模孔分布在外圓上，測試點(diǎn)是個曲面，孔與孔之間的間距一般有3～4mm，在這種條件下正好發(fā)揮了里氏硬度計(jì)的多樣適用性與小巧攜帶方便的特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確的測試出?？滋帉?shí)際硬度。根據(jù)實(shí)測的硬度以及對試塊所作的金相分析，可更合理的修正和制定工藝，充分發(fā)揮材料潛力，提高使用壽命。如環(huán)模一小時出10噸飼料，當(dāng)延長10小時使用壽命就可出100噸飼料，會給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）工模具失效分析中里氏硬度計(jì)的作用

材質(zhì)5CrMnMo大型熱鍛模具在使用中常因?yàn)樾颓辉缙谀p、塌陷而失效。

當(dāng)用里氏硬度計(jì)對磨損區(qū)測試硬度時發(fā)現(xiàn)磨削的硬度值低于未使用前測試的硬度（38～42HRC）在32～34HRC范圍。這就說明在紅熱的毛坯（>10000C）對型腔加熱的第二階段（毛坯在型腔加熱大體可分為四個階段）,受熱量大約在80%～85%時，因模腔壁厚散熱慢，某些點(diǎn)區(qū)溫度高達(dá)6500C以上。當(dāng)模具型腔因傳導(dǎo)受熱后溫度超過模具回火溫度，模具在工作過程中是處在繼續(xù)回火過程階段，將繼續(xù)發(fā)生組織與性能的變化，就造成了磨損區(qū)硬度值的降低而發(fā)生熱磨損，就表明5CrMnMo這種熱作模具鋼不適宜做大型模具。當(dāng)選用600～6500C溫區(qū)內(nèi)服役的熱作模具如3Cr2W8V，3Cr3Mo3VNb這類熱穩(wěn)定性、熱強(qiáng)性、屈服強(qiáng)度的熱作模具鋼比采用5CrMnMo更適宜。

在中國這個工業(yè)化進(jìn)程還遠(yuǎn)沒有完成的情況下，迫切需要努力縮短與先進(jìn)制造水平的差距，作為企業(yè)必須從戰(zhàn)略高度上來認(rèn)識到熱處理行業(yè)，不僅從設(shè)備、工藝，尤其是檢測設(shè)備急需要不斷吸取國內(nèi)外新技術(shù)，更要看在熱處理企業(yè)中實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的情況。這才是一個非常明智的舉措，因?yàn)樵诩尤隬TO后按世貿(mào)規(guī)則有五年過渡期，對我國制造業(yè)而言，這是一個非常關(guān)鍵的時期，之所以說是關(guān)鍵是因?yàn)檫^渡期后我國制造業(yè)企業(yè)基本上將處于國外大公司同等競爭地位，而且在這過渡期中，我們尚可充分準(zhǔn)備提升競爭力，所以這是對企業(yè)非常緊迫的要求。