里氏硬度計測試原理及測量分析

一、里氏硬度計測試基本原理

隨著單片技術的發展，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1mm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。里氏硬度值以沖擊體回跳速度與沖擊速度之比來表示。

計算公式：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

二、里氏硬度計沖擊裝置

里氏硬度度有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。
D+15：外型尺寸：f20*162mm，重量：80g。頭部細小，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頭部更加細小，用于狹窄溝槽及齒輪面硬度的測定。

三、異型支撐環的使用

在現場工作中，經常遇到曲面試件，各種曲面對硬度測試結果影響不同，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，故通用支撐環即可。但當曲率小到一定尺寸時，由于平面條件的變形的彈性狀態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。對于曲率半徑更小的試樣，建議選用異型支撐環。

四、里氏硬度計的測量范圍

根據里氏原理，只要材料具備一定剛性，能形成反彈，就能測出準確的里氏硬度值，但很多材料里氏與其它制式的硬度沒有相應的換算關系，因此里氏硬度計目前只裝了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。在實際生產中，使用的金屬材料多種多樣，由于里氏硬度計對材料的加工方式、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。

五、影響里氏硬度計測試精度的因素

1、數據換算產生的誤差

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，這涉及到按方法進行試驗時的分散和對于多臺同型號里氏硬度計的測量誤差。另一方面是比較不同硬度試驗方法所測硬度產生的誤差，這是由于各種硬度試驗方法之一間不存在明確的物理關系，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）硬質材料會引起彈性模量增加，從而使L值偏低。這類鋼應在橫截面上進行測試
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，用戶可根據情況設計相應的工裝，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、強度相關外，更與彈性模量有關，硬度值是材料硬度和塑性的特征參數，因為兩者的成分必然是共同測定的。

在彈性部分，首先明顯受E模量影響，在這方面當材料的靜態硬度相同，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，故測試方向應垂直于熱軋方向。例如：測圓柱截面硬度時，應在徑向測試為好。（一般圓柱熱軋方向為軸向）。

6、試樣重量、粗糙度、厚度的影響

7、試件磁性應小于300高斯

8、其它因素的影響

測量管件硬度時須注意：管件注意穩固支撐，測試點應靠近支撐點且與支撐力平行，管壁較薄在管內放入適當芯子。