利用气泡法改进里氏硬度计

硬度是金属材料重要的力学性能之一。硬度试验方法可分为压入法和刻划法两大类。压入法有可分为动载压入法和静载压入法。超声波硬度、肖式硬度属于动载试验法。布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度属于静载压入法。刻划法包括莫氏硬度顺序法和锉刀法等[1]。

里氏硬度测试法是由瑞士里勃笼玩在年首先提出的,属于动载硬度测试法的范畴,是对肖氏硬度测试方法的一大改进和提高。它利用冲击体对试样表面进行冲击,以冲击后的回弹速度与冲击速度之比来评定材料硬度大小。当冲击体冲击试样时,其冲击能量一部分变成塑性变形功被试样所吸收,而另一部分则转变成弹性变形功被试样贮存起来。当试样弹性变形恢复时,贮存的能量被释放出来,迫使冲击体沿一定的速度回弹。若材料弹性极限越高,塑性变形就越小,而贮存的能量就越多,迫使冲击体的回弹速度就越大,表明材料的硬度就越高[2]。

里氏硬度计的硬度值可用如下公式表示[3]:

式中,LD为硬度值

VR为冲头的反弹速度m/s,

VA为冲头的冲击速度m/s,

探头的冲击速度和回弹速度是利用电磁感应原理测得的。硬度计上的微处理器会自动记录处理,将硬度值直接显示在液晶显示屏上,并由打印装置打印出测试报告。

对于常用金属材料如钢、铸铁、铜合金、铝合金,里氏硬度与其它硬度布氏、洛氏、维氏、肖氏等都有相应的换算关系,里氏硬度计将这些换算关系全部贮存在微处理器中,经处理后可以把测得的里氏硬度值直接换算成所需的硬度值,在显示屏上显出[2]。

要使(1)式成立,必须满足冲击体的反弹速度与冲击速度在同一条直线上。所以硬度计必须保持竖直。而在现行的测试方法中,往往单纯凭借经验丰富的测试人员的感觉来确定硬度计是否竖直。这不仅带来了试验误差,而且在很大程度上增加了试验的难度。

里氏硬度计作为一种简便易携的硬度测试装置,具有测量范围广、操作方便、快速、并且可以从不同方向进行测试等优点,广泛适用于公司、实验室等众多场合。所以,一种能够取代测试人员的经验来判断硬度计是否数值的方法亟待提出。

1 气泡法

气泡水平仪广泛应用于台球桌、天平、机床上等。气泡水平仪的原理是利用气泡在玻璃管内,气泡可经常保持在最高位置的特性。

在里氏硬度计的顶端加上如图1的圆形水泡装置。该水泡装置体积小巧,并可很好的与里氏硬度计原有的结构融为一体,也不会影响使用时手部的操作。使用时,从硬度计的顶部观察,当气泡的位置与标准位置重合时,即可确定硬度计是否竖直。

气泡法的误差主要是由于容器内壁和容器中的液体有一定的亲和能力,在它与液体和气体分界面接触的区域液体位置会略微高于内部。从外部观察时液体层和气体层的分界模糊,从而在判断气泡是否与标准位置重合时会有误差。

为了提高水泡法的精度,可采用粘滞系数较小的液体,如酒精、乙醚等,并采用合适的容器内壁材料,使内壁与液体的亲和性尽可能小。

2 结语

对现行里氏硬度计的原理和使用缺点进行了分析,提出了利用气泡法的改进方案。对里氏硬度计的设计有指导作用。

摘要：对现有的里氏硬度计的原理和结构进行分析。针对现行的靠测试人员的经验保证里氏硬度计竖直的问题,利用气泡水平仪的原理进行改进。阐述了改进方案的优缺点。对里氏硬度计的设计有指导作用。

关键词：里氏硬度计,气泡法

参考文献

[1] 王从曾等.材料性能学[M].北京工业大学出版社,2008:48.

[2] 谷春睿,李彪.一种新型测试仪器——里氏硬度计[J].现代仪器,2000(6):34～35.

[3] 李维铱.里氏硬度计及其使用[J].大型锻铸件,1993(4):66～68.