金屬布氏硬度計(jì)示值超差的調(diào)整方案探討

摘要：目前，我國的金屬布氏硬度計(jì)在自動完成載荷的大小、承受外力變形的尺度和保壓加載時(shí)間的過程中，是由一個轉(zhuǎn)換開關(guān)對電機(jī)正反旋轉(zhuǎn)進(jìn)行計(jì)量的。但是當(dāng)同時(shí)疏導(dǎo)的四個觸點(diǎn)中一個接觸不良，彈簧片發(fā)生斷裂時(shí)導(dǎo)致金屬布氏硬度計(jì)的計(jì)示值超差產(chǎn)生的問題。對其進(jìn)行針對性的改造，得到了最佳的效果。

關(guān)鍵詞：金屬布氏硬度計(jì)；示值超差；加載時(shí)間；正反旋轉(zhuǎn)；保壓加載 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TH715 文章編號：1009-2374（2015）33-0058-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.031

金屬布氏硬度計(jì)是按照國家計(jì)檢規(guī)程的要求所開發(fā)的測量金屬布氏硬度的計(jì)量儀器。眾所周知，硬度是物體承受外力變形的程度。但事實(shí)上，硬度的概念是對物體承受外力變形程度進(jìn)行評價(jià)，并沒有統(tǒng)一的計(jì)數(shù)單位。布氏硬度評價(jià)是變形程度的幾何長度，其單位與壓強(qiáng)相同，但其實(shí)際意義卻與壓強(qiáng)截然不同。金屬布氏硬度實(shí)驗(yàn)是在1900年在對軋制組織的研究過程中被提出來而得名的。金屬布氏硬度實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性與較強(qiáng)的精準(zhǔn)度，使金屬布氏硬度得到廣泛的應(yīng)用。

1 金屬布氏硬度測試的三要素

金屬布氏硬度測試的三要素，包括載荷的大小、承受外力變形的尺度和保壓的加載時(shí)間：

第一，載荷的大小表示著壓迫程度的強(qiáng)弱。載荷越大，壓迫程度就越大；相反的，載荷越小，壓迫程度也越小。

第二，承受外力變形的尺度表示著壓迫的面積，壓迫面積越大，式樣組織的真實(shí)性就越高；相反的，壓迫面積越小，式樣組織的真實(shí)性就越低。此外，當(dāng)載荷達(dá)到一定程度時(shí)，壓迫程度越大，壓迫面積的應(yīng)力越小，致使壓迫的深度變淺。

第三，保壓的加載時(shí)間是指載荷從零直至最大值時(shí)所用的時(shí)間，反映的是在緩沖的過程中沖擊程度的強(qiáng)弱。保壓的加載時(shí)間的長短反映了式樣變形的充分程度，時(shí)間越長，充分程度越強(qiáng)。

從力學(xué)的角度來講，硬度的概念是反映金屬承受壓迫的程度，也是反映金屬承受硬化的程度。應(yīng)力與載荷持續(xù)的時(shí)間是決定金屬壓迫程度的決定性因素，同時(shí)也是在常溫下金屬壓迫程度的最主要且唯一的因素。因此，金屬布氏硬度測試的核心是載荷的大小、承受外力變形的尺度和保壓的加載時(shí)間這三個要素。當(dāng)這三個要素滿足時(shí)，被測物體所受的壓迫程度是必然的，并具有相對應(yīng)的穩(wěn)定的關(guān)系。這就是金屬布氏硬度測試的理論依據(jù)。

2 金屬布氏硬度計(jì)示值超差的原因

分析研究表明，金屬布氏硬度計(jì)示值超差的原因

如下：

第一，金屬布氏硬度計(jì)其壓頭是完好的，但是鋼球的壓頭是否完好無損是無法判定的。

第二，預(yù)計(jì)的負(fù)荷88H是正確的，總負(fù)荷1367H是正確的，但488H和870H是否符合標(biāo)準(zhǔn)是無法判定的。

第三，其中顯示計(jì)示值的部分應(yīng)該保持良好的運(yùn)行，并能夠準(zhǔn)確地測出高、中、低三值。

除上述因素以外，應(yīng)該確定以下三點(diǎn)：（1）鋼球壓頭是否完好無損；（2）488H力值檔是否正常；（3）870H力值檔是否正常。

金屬布氏硬度計(jì)示值超差產(chǎn)生的過程：

測定各力值檔采用1367H檔，并使用C、D、E砣，旋動按鈕到1367H時(shí)，上下托叉應(yīng)處于下落位置；但實(shí)際運(yùn)行中，上托叉會被卡住，無法落下。與此同時(shí)，托叉松動，在進(jìn)行加荷時(shí)，吊桿會逐漸降落12mm左右，砝碼會被卡住同時(shí)也會降落，力值為1367H。

測定各力值檔采用檔，同時(shí)使用C、D砣，不使用E砣。旋動按鈕到870H時(shí)，上托叉會上升到水平的位置托住E砣，下托叉在降落的位置。加荷時(shí)，吊桿落下，由于上托叉E砣傾斜，與吊桿進(jìn)行摩擦，力值會產(chǎn)生偏差。

測定各力值檔采用488H，只使用C砣，不使用D、E砣。旋動按鈕到488H時(shí)，上托叉會上升到水平的位置，下托叉也會上升到水平的位置，同時(shí)托住D、E砣。加荷時(shí)，吊桿落下，由于上托叉D砣與下托叉的E砣傾斜，與吊桿產(chǎn)生摩擦，力值會產(chǎn)生偏差。

因此，可以得出金屬布氏硬度計(jì)示值超差的原因是“單側(cè)性傾斜掛于托叉”。

出現(xiàn)“單側(cè)性傾斜掛于托叉”的原因是：（1）金屬布氏硬度計(jì)在定置后被搖晃或者搬運(yùn)過；（2）托叉之間的距離過大造成一邊托叉脫出；（3）旋轉(zhuǎn)按鈕在改變力值時(shí)由于過快造成脫出。

在實(shí)際的運(yùn)行過程中，（1）、（3）情況的發(fā)生是可以避免的，（2）情況應(yīng)該對托叉之間的距離進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3 金屬布氏硬度計(jì)示值超差的調(diào)整方案

3.1 開關(guān)系統(tǒng)的更改方案

（1）對電器的控制路線重新進(jìn)行連接與更改；（2）將原有的機(jī)械性啟動按鈕更改成電器控制式按鈕；（3）為使電機(jī)能夠正反旋轉(zhuǎn)，需要在中間增加兩個繼電器換接三相電源，利用繼電器常開、常閉功能控制開關(guān)；（4）為使金屬布氏硬度計(jì)在卸掉負(fù)荷后使—、—兩組觸電在疏通的狀態(tài)，必須拆除換向開關(guān)的彈簧片；（5）從表面與維護(hù)的角度考慮，將所增加的電器元件統(tǒng)一安放在同一塊絕緣板上。

3.2 改造后的電路系統(tǒng)的原理

當(dāng)加荷時(shí)，按下啟動按鈕，繼電器的觸電與按鈕的觸電并聯(lián)，起到自我保護(hù)的作用當(dāng)電機(jī)朝正方向轉(zhuǎn)動，并帶動減速器轉(zhuǎn)動，施加負(fù)荷。一段時(shí)間過后，當(dāng)調(diào)動板觸碰轉(zhuǎn)向擋銷的時(shí)候，轉(zhuǎn)向開關(guān)反向接通。即—、—兩組觸點(diǎn)會斷開；同時(shí)—、—兩組觸電會接通，電機(jī)會反方向轉(zhuǎn)動，并帶動減速器，卸掉負(fù)荷。當(dāng)固定板觸碰擋銷時(shí)，撥桿也會隨之旋轉(zhuǎn)。即—、—兩組觸點(diǎn)會斷開，同時(shí)—、—兩組觸電會接通。因此，電機(jī)旋轉(zhuǎn)中止。

3.3 開關(guān)改造后的特點(diǎn)

（1）由于運(yùn)用了繼電器，避免了因頻繁的按動開關(guān)而引起的觸點(diǎn)過燒現(xiàn)象，保證了金屬布氏硬度計(jì)的正常工作；（2）無論電機(jī)向正反方向旋轉(zhuǎn)，都會有兩組觸點(diǎn)進(jìn)行疏通。即使只有一個觸點(diǎn)，電機(jī)也同樣會正常工作。也就是說，即使所有觸點(diǎn)都未疏通，只要電壓不被放在電機(jī)繞組的兩側(cè)，電機(jī)也會正常工作；（3）在操控線路中加入一支發(fā)光二極管，如果金屬布氏硬度計(jì)在正常工作的情況下發(fā)出聲響或者電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，故障的原因就會很容易地被找出；（4）電器按鈕被更換后，排除了原有的機(jī)械式按鈕故障的發(fā)生。

4 結(jié)語

運(yùn)用布氏硬度測試的載荷的大小、承受外力變形的尺度和保壓的加載時(shí)間的實(shí)驗(yàn)原理。經(jīng)過對改造后的金屬布氏硬度計(jì)進(jìn)行運(yùn)行的測試，其各項(xiàng)技術(shù)都達(dá)到了規(guī)定的指標(biāo)。通過運(yùn)行，金屬布氏硬度計(jì)并未進(jìn)行過調(diào)整與修理，并保證了正常的生產(chǎn)運(yùn)行。改造后的金屬布氏硬度計(jì)安全性更高、可靠性更強(qiáng)，同時(shí)減少了維修人員的工作量，因此，促進(jìn)了金屬布氏硬度計(jì)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉吉萍.布氏硬度不確定度評定[J].現(xiàn)代計(jì)量測試，2001，（6）.

[2] 曹新江.論里氏硬度計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中的常見問題及處理方法[J].中國科技博覽，2012，（37）.

[3] 孫慶軍.里氏硬度計(jì)不確定度評定影響因素分析[J].計(jì)量與測試技術(shù)，2011，38（9）.

[4] 郭京洋，張廠興，王強(qiáng).里氏硬度計(jì)的原理及注意事項(xiàng)[J].中國材料科技與設(shè)備，2012，8（2）.

[5] 李旭東，穆志韜，劉治國，等.LY12CZ航空鋁合金腐蝕疲勞端口研究[J].裝備環(huán)境工程，2013，10（4）.

[6] 張建堃，陳國宏，王家慶，等.干/濕NaCl鹽霧條件下鋼芯鋁絞（ACSR）導(dǎo)線腐蝕層結(jié)構(gòu)及腐蝕機(jī)理[J].腐蝕與防護(hù)，2010，31（8）.

[7] 黃開志.標(biāo)準(zhǔn)金屬布氏硬度塊測量不確定度評定[J].兵器材料科學(xué)與工程，2009，（3）.

[8] 樊夢婷，楊華斌，曹繼敏.工業(yè)純鈦中的形變孿晶演變及其穩(wěn)定性研究[J].稀有金屬，2013，37（2）.

作者簡介：李磊（1966-），男（回族），遼寧奉城人，河北省秦皇島市計(jì)量測試研究所助理工程師，研究方向：力學(xué)測試。

（責(zé)任編輯：陳 潔）