里氏硬度計其他標尺示值準確度分析

【摘要】里氏硬度計是比較常用的硬度測試工具之一，里氏硬度計通常用于測量工件的里氏硬度值，但如果需要用其來測量其他硬度值時，也會用其測量布氏硬度值或洛氏硬度值。本文采用3個比較常見的里氏硬度計測量常用的里氏硬度塊、布氏硬度塊和洛氏硬度塊，在保證里氏硬度塊實驗數(shù)據(jù)合格的情況下，通過分析其他硬度塊實驗數(shù)據(jù)，給出里氏硬度計測量布氏硬度和洛氏硬度的相應規(guī)律，最后對里氏硬度計檢測布氏硬度和洛氏硬度實驗給出一定的建議。

【關鍵詞】里氏硬度計；標尺；測量

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.014

Analysis of Accuracy of Indications on Other Scales of Leeb Hardness Tester

LIU Wei

（Liaoning Institute of Metrology， Shenyang 110004， China）

Abstract： The Leeb hardness tester is one of the commonly used hardness testing tools， usually used to measure the Leeb hardness value of the workpiece. However， if it is necessary to measure other hardness values， it will also be used to measure the Brinell hardness value or Rockwell hardness value. This article uses three commonly used Leeb hardness testers to measure commonly used Leeb hardness blocks， Brinell hardness blocks， and Rockwell hardness blocks. While ensuring that the experimental data of Leeb hardness blocks are qualified， by analyzing the experimental data of other hardness blocks， the corresponding laws of Leeb hardness tester measuring Brinell hardness and Rockwell hardness are given. Finally， some suggestions are given for Leeb hardness tester testing Brinell hardness and Rockwell hardness experiments.

Key words： leeb hardness tester； ruler； measure

里氏硬度計是一種測試器材。1978年，瑞士人Leeb博士首次提出了一種全新的測量硬度的方法，它的基本原理是用具有一定質量的沖擊體在一定的試驗力作用下沖擊試樣表面，測量沖擊體距試樣表面1 mm處的沖擊速度與回跳速度，利用電磁原理，感應與速度成正比的電壓。

由于里氏硬度計體積小，操作方便，被廣泛應用于各個行業(yè)。但每個行業(yè)對硬度值的大小及硬度的種類都有一定的要求，雖然不同種類硬度之間通過某種公式可以相互轉化，但轉化過來的數(shù)據(jù)還是不如直觀的數(shù)據(jù)對客戶有說服力。由于上述原因，硬度計生產(chǎn)廠家新生產(chǎn)的里氏硬度計都具備了測試各種型式硬度的功能，如里氏、布氏、洛氏、維氏等，可以滿足不同企業(yè)的使用需求。每種硬度計都具有不同的工作原理，操作方法和測試條件都有所差異，如果里氏硬度計能夠準確測量其他型式的硬度值，再加上便攜和易操作的優(yōu)點，完全可以取代其他種類的臺式硬度計。

筆者認為，里氏硬度計不能取代其他的硬度計，畢竟術業(yè)有專攻，里氏硬度計就應該測量里氏硬度。那么，里氏硬度計能否用來測量其他種類的硬度值，或者說如果身邊沒有臺式硬度計，能否用里氏硬度計來代替。為了回答這個問題，筆者通過下面的實驗來驗證。

首先，準備有證的常用標準硬度塊，標準里氏硬度塊準備3塊（分別為高、中、低值），標準布氏硬度塊準備3塊（HBW10/ 3000標尺、HBW5/750標尺、HBW2.5/187.5標尺各1塊），標準洛氏硬度塊準備3塊（C標尺高、中、低值各1塊）。其次，選用比較常見的3種里氏硬度計，分別在上述準備的標準硬度塊上進行硬度實驗。先將硬度計在標準里氏硬度塊上進行實驗，確保硬度計的示值滿足檢定規(guī)程要求，如果不能滿足檢定規(guī)程要求，用相應的標準里氏硬度塊對其進行校準，然后再進行里氏硬度實驗。里氏硬度實驗完成后，繼續(xù)進行布氏硬度實驗和洛氏硬度實驗，其中里氏硬度塊采用直接測量的方式，布氏硬度塊和洛氏硬度塊采用耦合在里氏硬度塊上進行測量的方式。

各種硬度標尺之間都存在著一定的聯(lián)系，前人根據(jù)經(jīng)驗已經(jīng)給我們總結出了各種硬度標尺之間關系，里氏硬度計生產(chǎn)廠家也是根據(jù)這個關系對硬度計的軟件進行處理，使其能夠顯示不同形式硬度的數(shù)值。理論數(shù)據(jù)是不考慮其他任何因素干擾的前提計算出來的，在實際工作中會存在很多干擾因素，如環(huán)境條件、設備設施、人為因素等，都會對測量結果產(chǎn)生一定的影響。

里氏硬度計在標準里氏硬度塊上測量里氏硬度值所產(chǎn)生的誤差可以分為硬度塊誤差、標定誤差和硬度計誤差。里氏硬度計在標準布氏或洛氏硬度塊上測量布氏或洛氏硬度值所產(chǎn)生的誤差可以分為耦合誤差、硬度塊誤差、轉換誤差、標定誤差和硬度計誤差。硬度塊誤差是上級計量部門定度時產(chǎn)生的誤差，標定誤差是在里氏硬度計標定時產(chǎn)生的誤差，硬度計誤差是機器本身存在的誤差，耦合誤差是硬度塊耦合在里氏硬度塊或大型平臺上產(chǎn)生的測量誤差，轉換誤差是硬度計廠家處理軟件時產(chǎn)生的誤差。

1號硬度計實驗數(shù)據(jù)、2號硬度計實驗數(shù)據(jù)、3號硬度計實驗數(shù)據(jù)分別見表1、表2、表3。

從表中可以看出，無論是哪一臺硬度計，按照JJG 747—1999《里氏硬度計》檢定規(guī)程的要求，采用里氏硬度塊的實驗數(shù)據(jù)都是合格的，僅僅是誤差大小存在差異。按照JJG 150—2005《金屬布氏硬度計》檢定規(guī)程和JJG 112—2013《金屬洛氏硬度計（A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H，K，N，T標尺）》檢定規(guī)程中對硬度計示值誤差和重復性的要求，上述布氏和洛氏實驗數(shù)據(jù)都是不合格的，僅從示值誤差方面考慮，只有2號硬度計對應的一個布氏硬度標尺滿足規(guī)程要求，其他的都超過了規(guī)程的允許范圍。僅從重復性方面考慮，沒有一個硬度計的一個硬度標尺滿足規(guī)程要求。

由于試驗力與壓頭球直徑平方的比為30，且硬度值在（200～300）HBW范圍內(nèi)的布氏硬度塊為常用硬度塊，故筆者在實驗中采用的是硬度值相近的3種常見布氏硬度標尺。從表中可以看出，3種標尺的實驗數(shù)據(jù)還是有一定區(qū)別的。3個硬度計的HBW5/750和HBW10/3000兩種標尺的實驗數(shù)據(jù)都要比HBW2.5/187.5的實驗數(shù)據(jù)要好很多。除了自身參數(shù)存在差別外，硬度計的影響和人為因素的影響對3種標準布氏硬度塊是一樣的。這3種硬度塊的標準值也差不多，只能從標準塊的外形上找原因。根據(jù)標準布氏硬度塊規(guī)程可知，HBW10/3000標準塊對厚度的要求是≥16 mm，HBW5/750標準塊對厚度的要求是≥12 mm，HBW2.5/187.5標準塊對厚度的要求是≥6 mm。所以，產(chǎn)生上述數(shù)據(jù)差異的原因可能是由于標準塊的厚度，厚度越厚校準數(shù)據(jù)越接近合格范圍，如果布氏硬度塊的厚度做成和里氏硬度塊的厚度一樣，那實驗數(shù)據(jù)就會滿足檢定規(guī)程的要求了。

不同硬度計在同一塊硬度塊上產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)也有所不同，如1號硬度計在HBW2.5/187.5和HBW5/750標尺上數(shù)據(jù)的重復性為30HBW左右，但2號和3號實驗數(shù)據(jù)的重復性為10HBW左右。而且筆者發(fā)現(xiàn)，1號硬度計在所有標尺上數(shù)據(jù)的重復性都要遠大于2號和3號實驗數(shù)據(jù)的重復性。出現(xiàn)這樣結果的可能是由于耦合產(chǎn)生的，每一個硬度塊耦合的效果不一樣，導致實驗數(shù)據(jù)也會有所區(qū)別。

由于洛氏硬度塊最常用的就是C標尺，故筆者在實驗中采用的是C標尺的洛氏硬度塊進行實驗。從表中可以看出，3種硬度塊的示值誤差都是不滿足規(guī)程要求的，偏離標準值比較多，且都為負差。由于3種硬度塊外形尺寸一致，上面對布氏硬度塊所總結出的規(guī)律對洛氏硬度塊不適用。3種硬度塊唯一的區(qū)別就是它們的硬度值不同，筆者發(fā)現(xiàn)硬度值大的硬度塊實驗數(shù)據(jù)偏差最多。硬度值越高的C標尺洛氏硬度塊測量的實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生的示值誤差越大。不同硬度計在同一塊硬度塊上產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)也有所不同，如1號硬度計在低硬度值C標尺上數(shù)據(jù)的重復性為6.0HRC左右，但2號和3號實驗數(shù)據(jù)的重復性為3.0HRC左右，而其他實驗數(shù)據(jù)的重復性差距不是太多。產(chǎn)生這樣結果可能是由硬度計自身存在誤差造成的，最主要的原因還應該是耦合產(chǎn)生的。

圖1給出了3個硬度計的不同標尺硬度塊實驗數(shù)據(jù)與標準值對比圖，圖中縱軸表示的是硬度值，橫軸表示的是不同的標準硬度塊。從圖中可以更加直觀地看出前面所提到的規(guī)律，并且可以清楚地看出不同硬度計在同一標尺硬度塊的校準數(shù)據(jù)和標準值之間的差異。

從實驗數(shù)據(jù)的重復性可以看出，無論是布氏硬度塊還是洛氏硬度塊所產(chǎn)生的重復性都比較大，產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象可能是耦合劑涂抹不均勻導致的。耦合的效果好可能產(chǎn)生的重復性就?。?號和3號硬度計在布氏硬度標尺上的實驗數(shù)據(jù)）；耦合的效果不理想可能產(chǎn)生的重復性就大，實驗數(shù)據(jù)就會很離散（1號硬度計在布氏硬度標尺上的實驗數(shù)據(jù)、所有硬度計在洛氏硬度標尺上的實驗數(shù)據(jù)）。故筆者認為，校準數(shù)據(jù)重復性的好壞主要取決于硬度塊之間的耦合效果。

綜上所述，采用里氏硬度計測量其他標尺硬度塊的實驗數(shù)據(jù)不是很理想。從布氏硬度塊實驗數(shù)據(jù)可以看出，偏厚硬度塊HBW10/3000和HBW5/750標尺產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)要優(yōu)于HBW2.5/187.5標尺產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)；從洛氏硬度塊實驗數(shù)據(jù)可以看出，偏小值硬度塊的實驗數(shù)據(jù)要優(yōu)于偏大值硬度塊的實驗數(shù)據(jù)。筆者建議，盡量采用里氏硬度計檢測里氏硬度值。如果需要檢測布氏硬度值或洛氏硬度值，盡量選用布氏硬度計或洛氏硬度計。如果身邊確實沒有相應的硬度計，可以選用示值誤差和重復性都相對比較小的里氏硬度計來進行布氏硬度或洛氏硬度實驗，實驗數(shù)據(jù)也只能作為參考。如有可能，可以尋找布氏硬度計或洛氏硬度計進行布氏或洛氏硬度實驗，將此實驗數(shù)據(jù)和先前實驗數(shù)據(jù)進行對比，來確定先前實驗數(shù)據(jù)的準確程度。

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【作者簡介】

劉偉，男，1982年出生，高級工程師，碩士，研究方向為力值、硬度計量器具。

（編輯：李加鵬）