广州兰泰仪器有限公司
Guangzhou Landtek Instrument Co., LTD
里氏硬度计技术特点

里氏硬度计

里氏硬度计是一种测试器材,其原理是随着单片技术的发展,1978年,瑞士人Leeb博士首次提出了一种全新的测硬方法,它的基本原理是具有一定质量的冲击体在一定的试验力作用下冲击试样表面,测量冲击体距试样表面1mm处的冲击速度与回跳速度,利用电磁原理,感应与速度成正比的电压。


应用

机床导轨,汽车底盘的硬度检测
已安装的机械或永久性组装部件
模具型腔等试验空间很狭小的工件
大型工件大范围内多处测量部位的快速检验
压力容器、汽轮发电机及其它设备失效分析
轴承及其它零件生产流水线
金属材料仓库的材料区分
热处理工件的质量控制
要求对测试结果的正规原始记录
可实现六种硬度(HL、HRB、HRC、HB、HV、HS)间的相互转换及硬度与抗拉强度间的相互转换
可显示测量值、平均值、冲击方向、测试次数、硬度制等信息,显示信息丰富。


特点

* 可通过键盘选择测试材料及测试方向。
* 可实现六种硬度(HL、HRC、HRB、HB、HV、HS)间的相互转换。
* 可反复显示各次测试结果,并可删除粗大误差。
* 可存储 50 组测量值及测试状态,包括材料、测试方向、硬度等信息。
* 允许用户校准,使测量更加准确。
* 带有 RS232接口,方便与计算机通讯。
* 有背光显示,方便在光线较暗的环境使用。
* 手动和自动关机功能。
* 低电池电压指示。


参数

显示器:12.5mm LCD ,带背光。
准确度:相对误差 ±0.8%(HLD=800),重复性±0.8%。
测量范围:200-900 HLD
硬度转换:HL-HRC-HRB-HB-HV-HSD
可测材料:9种
带有 Rs232 接口
可以储存 50 组测量值及测试状态
冲击装置:  D 型,自重75g
电源: 4节1.5V  七号电池
尺寸: 146×65×36mm
重量:220g (不含电池)


测试

1.测试原理
随着单片技术的发展,1978年,瑞士人Leeb博士首次提出了一种全新的测硬方法,它的基本原理是具有一定质量的冲击体在一定的试验力作用下冲击试样表面,测量冲击体距试样表面1mm处的冲击速度与回跳速度,利用电磁原理,感应与速度成正比的电压。里氏硬度值以冲击体回跳速度与冲击速度之比来表示。
计算公式:HL=1000*(VB/VA)
式中:HL——里氏硬度值
VB——冲击体回跳速度
VA——冲击体冲击速度

使用

在现场工作中,经常遇到曲面试件,各种曲面对硬度测试结果影响不同,在正确操作的情况下,冲击落在试件表面瞬间的位置与平面试件相同,故通用支撑环即可。但当曲率小到一定尺寸时,由于平面条件的变形的弹性状态相差显著会使冲击体回弹速度偏低,从而使里氏硬度示值偏低。因此对试样,建议测量时使用小支撑环。对于曲率半径更小的试样,建议选用异型支撑环。


范围

根据里氏原理,只要材料具备一定刚性,能形成反弹,就能测出准确的里氏硬度值,但很多材料里氏与其它制式的硬度没有相应的换算关系,里氏硬度计只装了9种材料的换算表。具体材料如下:钢和铸钢,合金工具钢,灰铸铁,球墨铸铁,铸铝合金,铜锌合金,铜锡合金,纯铜,不锈铜。

对于一些特殊材料的试样,用户可使用公司提供的拟合曲线软件做专用换算表。在实际生产中,使用的金属材料多种多样,由于里氏硬度计对材料的加工方式、材料的合金元素组成敏感,而里氏硬度计芯片中储存的硬度换算表不可能都满足用户的需要,用户在测试中,可以使用拟合软件做自己专用的硬度换算表。


影响

1、数据换算产生的误差
里氏硬度换算为其它硬度时的误差包括两个方面:一方面是里氏硬度本身测量误差,这涉及到按方法进行试验时的分散和对于多台同型号里氏硬度计的测量误差。另一方面是比较不同硬度试验方法所测硬度产生的误差,这是由于各种硬度试验方法之一间不存在明确的物理关系,并受到相互比较中测量不可靠影响的原因。
2、特殊材料引起的误差
存贮在硬度仪中的换算表对下列钢种可能产生偏差:
所有奥氏体钢耐热工具钢和莱氏体铬钢(工具钢类)硬质材料会引起弹性模量增加,从而使L值偏低。这类钢应在横截面上进行测试局部冷却硬化会引起L值偏高磁性钢由于磁场影响,会使L值偏低。
表面硬化钢,基体软,会使L值偏低,当硬化层大于0.8mm时(C型冲击装置为0.2mm)则不影响L值。
3、齿轮检测中的误差
一般情况下,由于齿面较小,测试误差相对较大,对此,用户可根据情况设计相应的工装,将有助于减小误差。
4、材料弹性、塑性的影响
里氏值除与硬度、强度相关外,更与弹性模量有关,硬度值是材料硬度和塑性的特征参数,因为两者的成分必然是共同测定的。
在弹性部分,首先明显受E模量影响,在这方面当材料的静态硬度相同,而E值大小不同时,E值低的材料,L值较大
5、热轧方向造成的误差
当被测工件系热轧工艺成型时,如果测试方向与轧制方向一致,会因弹性模量E偏大而造成测试值偏低,故测试方向应垂直于热轧方向。例如:测圆柱截面硬度时,应在径向测试为好。(一般圆柱热轧方向为轴向)。
6、试样重量、粗糙度、厚度的影响
7、试件磁性应小于300高斯
8、其它因素的影响
测量管件硬度时须注意:管件注意稳固支撑,测试点应靠近支撑点且与支撑力平行,管壁较薄在管内放入适当芯子。


行业

热处理是提高和保证机械产品质量及可靠性、提高制造业市场竞争力的重要基础之一,其行业水平的高低对制造业发展起着举足轻重的作用。我国的热处理行业除了少数厂家外,总体水平远不能适应加入WTO后热处理行业面临的更激烈的市场竞争环境。在这其中,我国的热处理检测设备更为落后。严重的限制和阻碍了工艺技术的发展和造成产品质量的不稳定,更重要的是不能有效的防止产品出现不必要的质量事故。下面我就机械零件、工模具热处理后最常用的硬度测试来举例。
硬度是衡量金属材料软硬的一个指标,硬度值实际上不是一个单位的物理量,它是表征着材料的弹性、塑性、形变、强化率、强度和韧性等一系列不同物理量组合的一种综合性能指标,一般可以认为硬度是指金属表面上不大体积内抵抗变形破裂的能力。采用便携式里氏硬度计进行硬度检测的实用价值在于不必破坏工件并可成批检验零件,已成为产品质量检查、制定合理工艺和分析产品质量的重要实验方法之一。
根据对里氏硬度计的使用状况与使用方式,里氏硬度计是压入和回跳硬度值组合的一种测试方式,从结构上有它独特而又广泛的实用性,尤其是测试大中型尺寸而且形状复杂的工件及工模具的硬度值与失效分析,具有其他类型硬度计不可替代的优势。


检测

一、用里氏硬度计测试硬度来分析、验证大型齿轴、内齿圈预处理工艺及渗碳淬火工艺的方法:
预处理工艺后测试
这道工艺操作后的质量直接影响渗碳工艺操作后齿轴、内齿圈渗碳层硬度分布的均匀性、齿部的变形量。更重要的是芯部的强度(未渗层)。当用里氏硬度计测试齿轴的齿部及柄部、内齿圈的外圆内径及端面,如果发现测试的同一区域硬度最高和最低的相差较大,在审查仪表炉温、装炉方式、工艺冷却方式都正常的前提条件下,就可根据硬度值高低差值及分布的状况,推断出工件内组织存在着偏析或带状组织。如金相图片显示的带状偏析
因为用硬度法测试的实况是测试点在黑色的珠光体带硬度偏高,在白色铁素体带硬度偏低。这种组织缺陷在随后的渗碳淬火工艺操作中是不可能消除,而是被保留下来。一旦大型齿轴、内齿圈存在这种组织缺陷,在装机使用时不仅会造成使用寿命短的问题,而且常造成重大设备事故。当我们通过测试硬度法可推断出锻件中有这种带状偏析后,立即采用固溶处理工艺操作或其他消除带状偏析的工艺即可消除缺陷,从而防止设备事故的发生、减少损失。
渗碳工艺后测试
这道工艺是齿轴与内齿圈的最终热处理工艺,通常检验人员只对试样测试HRC硬度,
然后再切开试样做金相分析:渗层马氏体级别、碳化物级别、形态分布、残余奥氏体量形态、心部马氏体级别,再用显微硬度计测试渗层从表层至HV550硬度为深层深度以上操作作为终检。但从现场发生齿轴早期失效断轴,齿部严重磨损的事故分析中发现,实物的硬度低于试样的硬度,尤其常常出现在深层渗碳时,原因是实物齿轴、内齿圈与试样不是同块料上截取下来的,也不是同一炉所做的预处理。这样在实物与试样渗前原始组织不同,渗后的组织与硬度有一定差异,更主要的是在整个渗碳工艺操作中,由于工件的摆放及渗碳表面积巨大的差异(化学热处理吸收过程的相界面反应及主要因素中有一条渗入介质各组分的浓度与工件表面状态、表面形状、表面积大小及表面能量对化学热处理过程有极其重要的影响)把里氏硬度计测试出的硬度与试样上洛氏硬度计及显微硬度计测试出的硬度相比较、加之对试样渗层的金相组织分析结合起来,就可较快而准确的找出产生质量问题的原因。加之作必要的工艺调整,可在工件组装前就把事故隐患消除。
二、用里氏硬度计测试硬度来分析、验证中大型复杂结构模具工艺,
这是一支用马氏体不锈钢所制作的饲料模具,主要用于生产饲料。模具上有10000~27000个孔,每小时有10吨的混合饲料粉状物从模孔区挤出成为颗粒状。所以环模质量与使用寿命的关键控制点是环模上模孔区的硬度与渗层。以下是模孔磨损的实物图片:
由于模具尺寸大,而且模孔分布在外圆上,测试点是个曲面,孔与孔之间的间距一般有3~4mm,在这种条件下正好发挥了里氏硬度计的多样适用性与小巧携带方便的特点,能够准确的测试出模孔处实际硬度。根据实测的硬度以及对试块所作的金相分析,可更合理的修正和制定工艺,充分发挥材料潜力,提高使用寿命。如环模一小时出10吨饲料,当延长10小时使用寿命就可出100吨饲料,会给企业带来巨大的经济效益。
三、工模具失效分析中里氏硬度计的作用
材质5CrMnMo大型热锻模具在使用中常因为型腔早期磨损、塌陷而失效。
当用里氏硬度计对磨损区测试硬度时发现磨削的硬度值低于未使用前测试的硬度(38~42HRC)在32~34HRC范围。这就说明在红热的毛坯(>10000C)对型腔加热的第二阶段(毛坯在型腔加热大体可分为四个阶段),受热量大约在80%~85%时,因模腔壁厚散热慢,某些点区温度高达6500C以上。当模具型腔因传导受热后温度超过模具回火温度,模具在工作过程中是处在继续回火过程阶段,将继续发生组织与性能的变化,就造成了磨损区硬度值的降低而发生热磨损,就表明5CrMnMo这种热作模具钢不适宜做大型模具。当选用600~6500C温区内服役的热作模具如3Cr2W8V,3Cr3Mo3VNb这类热稳定性、热强性、屈服强度的热作模具钢比采用5CrMnMo更适宜。
在中国这个工业化进程还远没有完成的情况下,迫切需要努力缩短与国际先进制造水平的差距,作为企业必须从战略高度上来认识到热处理行业,不仅从设备、工艺,尤其是检测设备急需要不断吸取国内外新技术,更要看在热处理企业中实际生产应用的情况。这才是一个非常明智的举措,因为在加入WTO后按世贸规则有五年过渡期,对我国制造业而言,这是一个非常关键的时期,之所以说是关键是因为过渡期后我国制造业企业基本上将处于国外大公司同等竞争地位,而且在这过渡期中,我们尚可充分准备提升竞争力,所以这是对企业非常紧迫的要求。


发展

里氏硬度计作为一种快捷的硬度测试方法,相关技术在近几年取得了突飞猛进的发展,国产里氏硬度测量仪器的测量精度和准确度已经能够和国际领先技术水平相媲美。2011年由中科朴道技术(北京)有限公司研制的pd-H系列里氏硬度计实现了多项技术突破和性能优化:  1、内置蓝牙模块,支持无线打印  2、液晶屏显示具有背光,且对比度可调,适用于各种作业场景下得读数。  3、自动关机时间可调,开启更优化的省电模式  4、具有自我学习型的制式转换   5、USB充电,边充边用。  6、明晰的欠压、充电指示。  7:采用进口热敏打印机头,打印流畅,字体清晰。  国内技术如今发展已经不次于国际水平,出口产品大幅度提升,各厂家也有自己的特色,以前的同质化现象减少,整个行业生态呈现良好态势。


须知

一、注意使用环境
避免铁屑、氧化皮、灰尘等异物进入机器内部,造成电路短路烧毁机器,避免在强电磁干扰的场合应用,如:小灵通天线、高频炉等周围,造成仪器工作异常,应该在工作温度在0℃~40℃,相对湿度≤90%,无强光直射,无振动、无强烈磁场、无腐蚀性介质及严重粉尘的环境下工作。
二、对被测试件的要求
里氏硬度计在使用过程中应先注意被测试件的要求,确保试件表面应洁净,无灰尘、油污和氧化皮,可用砂轮机先将被测件表面局部打磨,显出金属色。试件表面的温度不能过高,要求温度小于120℃。测试最佳温度为4℃-38℃。
三、分析所要测试的试件的特点
试件的表面应光滑,试件不能带磁,试件的材料应和仪器预置的材料对应,试件的厚度应达到测试要求,试件的外形尺寸和支承环相吻合。
四、对试件进行测试
对于中型试件及小型试件,须要做支承或粘合处理,对于异型材料需做对比实验即用同硬度制的台式硬度计在同一试件上测试对比做对比曲线,以确保测试精度的准确性。


故障

维修里氏硬度计一般可以通过以下方法解决,如自己无法解决应返回厂商修理
一、硬度值不准确,误差50HL左右
可以分几步逐步检查排除:1)供电电压:先检查里氏硬度计供电电压是否正常;2)冲击装置:把冲击装置各部件拆下来,清理干净灰尘或脏的东西;3)控制电路:控制内部电路元器件有损坏或变值,需要返厂维修。
二、LCD屏字体有缺笔
1)拆开里氏硬度计外壳,把驱动LCD屏的IC重新插拔几次(有些里氏硬度计设计时,这些IC是用IC座来固定IC的),排除IC脚受氧化导致接触不良;2)LCD屏组块内部损坏,需更换即可。
三、打硬度时LCD屏无显示数值
1)检查冲击装置是否存在接触不良情况,反之冲击装置损坏,更换即可;2)里氏硬度计内部电路出现故障,需返厂维修。
四、打印数据出现重叠
打印纸卡住问题,拆开安装打印纸盒盖,重新安装打印纸即可排除此问题。
五、黑屏
测量供电电压是否正常,否则电路有故障,需返厂维修。
六、冲击不显示数据
1. 这是返修的里氏硬度计中最常见的一个故障,而造成这个故障的80%的原因是传感器连接线的故障,为何会出现这么高的故障呢?这主要是由于传感器连接线的结构所决定的,由于传感器连接线要连接着传感器以及里氏硬度计主机,只要有一头出现故障,那么就会造成冲击无法显示数值了。而市面上几乎所有的里氏硬度计的连接线都是仿瑞士的PROCEQ结构的(里氏硬度计的发明),传感器连接线的一头是带有三针插头,质量好的厂家一般会表面渡金,防止空气氧化,导致接触不良,而这个三针插头在与连接线注成一体的时候,针与线之间的连接是最关键的一道工序,如果加工的工厂做得不好,或者用一些次一点的连接线加工,这就很容易使其寿命减少,用户在使用过程中,插拔连接线的方法不正确很容易把线弄坏。
2. 传感器的另一头是连接在主机上,而这一边的插头,很多厂家都使用雷莫的专用插头,少数厂家使用的是仿雷莫插头的国产插头,另一些厂家使用标准的耳机插头,但这头坏的原因很少出现在插头本身的质量上面,即无论用国产或是进口的插头,都无碍。而出现故障的原因通常是插头与连接线的焊接不牢,虚焊等,另一部分原因就是用户在插拔的过程不注意,通常正确的插拔传感器连接线应该是捏着插头,而不是捏着线来拔下来,否则很容易破坏线与插头的焊接。
3. 线圈三针座松导致接触不良,线圈多次插拔很容易造成线圈上的三针插座松动,或使线圈与针座之间的焊接脱落致使传感器冲击不显示。
4. 主机上的插座连接线脱落,这种情况出现机率比较小,除非人为拆动过机器,否则一般不会出现插座连接线脱落的现象。
5. 主机上的采集传感器信号IC损坏,这种情况出现机率也比较小,如出现电源短路导致IC烧坏,但一般容易察觉,IC烧坏都会带有焦味。
七、冲击体无法加荷或释放
一般是传感器上勾紧冲击体的三片爪子不在一个中心,即不成一个等边三角形,长期使用会使三片爪子的弹性发生改变,使其有些松动或移位,从而导致抓取冲击体容易滑落,释放也是同样的原因,三片爪子不在同一中心,不能形成一个等边三角形,在松开爪子的时候,爪子其中两片勾住冲击体,另一片悬空,从而使冲击体在爪子上不能正常释放。
另一种情况则是冲击体顶端磨损,导致爪子不能正常抓取冲击体。一般出现以上的情况,都需要返厂维修。
八、传感器加载不顺畅
一般是长期使用中,有灰尘进入加载套管内所致,使得加载弹簧里沾满灰尘,所以加载不顺畅,最好返厂检修。


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