洛氏硬度计测量数值误差及排除的探讨

林浩然

摘  要：对洛氏硬度计测量数值的误差问题展开了探讨，对影响硬度计示值准确度的几种误差作了系统分析，并给出了一系列有效的排除方法，以期为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。

关键词：洛氏硬度计;金属材料;硬度值;测角仪

中图分类号：TH87                文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.106

洛氏硬度计是一种依据洛氏硬度试验原理设计的检测金属硬度的仪器，在各种金属材料的硬度测定中有着广泛应用。但是洛氏硬度计在金属硬度检定中依然存在误差，进而影响了硬度计的测量结果。因此，需要对洛氏硬度计存在的误差进行分析，并采取有效措施，以保障硬度计测量结果的准确。

1  硬度计误差和排除方法

本文以HR-150型洛氏硬度计为例，介绍了测量数值误差及其排除方法。

1.1  压头的影响

《金属洛氏硬度计检定规程》（JJG 112-2013）中规定，金刚石压头的圆锥角应为（120±0.35）°，顶端球面半径为（0.2±0.01）mm;当压头角度增大时，硬度值偏高，反之则偏低;当压头顶端球面半径增大时，硬度值偏高，反之则偏低，具体如表1所示。

《金属洛氏硬度计检定规程》（JJG 112-2013）中规定，钢球压头的直径为1.587 5 mm，允差为±0.003 5 mm，当钢球压头直径增大时，硬度值增高，反之则降低。

产生原因：金刚石受冲击损坏或已磨损，钢球压头已变形或锈蚀。

排除方法：用测角仪、工具显微镜和投影仪等仪器对压头进行测量，如果超差，则需更换合格的压头，具体如表2所示。

表1  金刚石压头圆锥角和顶端球面半径对洛氏硬度值的影响

硬度值 圆锥角比名义值大

1°时的误差/HRC 顶端球面半径比名义值

大10 μm时的误差/HRC

20 HRC 1.44 0.10

30 HRC 1.25 0.23

45 HRC 1.00 0.39

65 HRC 0.45 0.52

65 HRC 0.34 0.44

85 HRC 0 0.58

表2  钢球压头直径对洛氏硬度值的影响

硬度值 钢球直径比名义值大10 μm时的误差/HRBW

60 HRBW 0.33

80 HRBW 0.23

95 HRBW 0.16

1.2  负荷的影响

初负荷：当初负荷增大时，硬度计的示值偏高;当初负荷减小时，硬度计的示值偏低。

产生原因：弹簧、主轴、杠杆与百分表之间有摩擦;调整螺丝松动、块位移、顶杆位置不当、起始线有差异等。

排除方法：用柴油清洗主轴，涂上润滑油使主轴灵活;调整弹簧、主轴、杠杆与百分表等处的配合;调整块的位置移动、紧固调整螺丝，同时，紧固杠杆，调好后用标准测力仪检测初负荷的力值，误差应<±2%.

总负荷：总负荷增大时，硬度计示值偏低，反之则偏高，具体如表3所示。

表3  初负荷、总负荷误差对洛氏硬度值的影响

硬度值 预负荷比名义值大

10 N时的误差/HR 总负荷比名义值大

10 N时的误差/HR

20 HRC 1.40 -0.36

30 HRC 1.10 -0.31

40 HRC 0.70 -0.27

60 HRC 0.31 -0.18

65 HRC 0.24 -0.16

70 HRA 0.48 -0.42

80 HRA 0.32 -0.30

75 HRW 0.75 -0.56

95 HRW 0.48 -0.35

产生原因：杠杆比例错误;吊杆和砝码的配重有误差;主轴、杠杆和砝码偏斜;砝码吊杆过长等因素。

排除方法：杠杆比例错误时可调整主刀口的位置，一般情况下，杠杆比例为20∶1;如果刀口有磨损，则应修复或更换，主轴变形时需校直;主轴、杠杆和砝码偏斜可用改锥调整主刀口，观察其主杠杆移动到中间位置即可;砝码吊杆过长可用手松开吊杆锁紧螺母，调整吊杆长度，同时，观察百分表的大指针转至三圈半的位置即可，最后用标准测力仪检测总负荷的力值，误差应<±0.5%.

1.3  加荷速度的影响

负荷的施加速度对高硬度的影响较大，对低硬度的影响则不太明显，在低速度试验时获得的硬度值常高于在高速度试验时获得的硬度值，具体如表4所示。

表4  加荷速度对洛氏硬度计的影响

硬度值/HRC 加荷时间/s

1 5 10

影响数/HRC

60 -0.50 0 0.10

40 -0.30 0 0.10

30 -0.20 0 0.05

20 -0.10 0 -0.10

产生原因：硬度计加荷速度主要是靠缓冲器控制的。

排除方法：将HRC中硬度标准硬度块放在工作台上，加好初负荷，在加总负荷时用秒表测试指针从开始转动到停止的时间是否在4～6 s内，如果不在此范围内，则可打开后盖查看缓冲装置，内有一调节旋钮，反复调节后达到要求即可，并锁紧调节旋钮;如果在加载过程中指针有抖动现象，则需向缓冲器中加液压油，在加油过程中需同时排出空气。

1.4  总负荷保持时间的影响

试验证明，总负荷保持的时间越长，则硬度值越低，对低硬度影响极为明显，对高硬度影响较小，具体如表5所示。

该因素是因人为操作造成的，试验时只要将负荷保持时间控制在5～10 s即可。

1.5  总负荷卸除时速度的影响

总负荷卸除时的速度慢，则硬度值较低;卸除速度快，则获得的硬度值高、对低硬度的影响较大。

该因素是因人为操作造成的，试验时应将速度控制在2～3 s，平稳卸除，即可得到准确的实验数据。

1.6  主轴倾斜时的影响

试验证明，主轴的倾斜度越大，则测得的硬度值越低，对低硬度的影响较大，具体如表6所示。

表5  总负荷保持时间对洛氏硬度值的影响

硬度值/HRC 负荷保持时间/s

2 10 30

影响数/HRC

65 0.3 0 -0.10

40 0.5 0 -0.20

20 0.7 0 -0.40

表6  主轴倾斜度对洛氏硬度值的影响

硬度值/HRC 主轴倾斜率

1° 2° 3°

影响数/HRC

30 HRC -0.08 -0.30 -0.63

40 HRC -0.07 -0.25 -0.55

50 HRC -0.06 -0.22 -0.45

65 HRC -0.04 -0.15 -0.30

80 HRBW -0.40 -0.70 -1.60

90 HRBW -0.20 -0.60 -1.40

产生原因：硬度计在生产组装时不规范。

排除方法：用内六角板将主轴下方的紧固螺钉松开、调整，使主轴与试验台台面垂直度<2‰即可。

1.7  同轴度的影响

《金属洛氏硬度计检定规程》（JJG 112-2013）中规定，硬度计升降丝杆轴线与主轴轴线的同轴度≤Φ0.3 mm。如果同轴度超差，对硬度计的低硬度示值影响较大，特别是对圆柱形试样试验时的影响最明显。

排除方法：用扳手将丝杆下面的4个紧固螺钉松开后调整。

1.8  硬度计安装不水平时的影响

硬度计安装不水平将造成硬度试验结果偏低。

排除方法：将水平仪放在工作台上，调整硬度计使之达到水平状态。

2  结束语

综上所述，洛氏硬度计在许多单位中都被大量使用，是工厂和检测机构在质量管理和质量控制中一种常用的检测仪器。在测定工作中，由于存在一定的误差，必须要准确、及时判断硬度计误差所在，并采取解决措施，保证检定质量的可靠性和检定结果的准确性。

参考文献

[1]吕秋劲.洛氏硬度计示值误差的原因分析[J].中国新技术新产品，2014（08）.

[2]左新建.HR-150A洛氏硬度计常见故障及排除[J].中国计量，2012（06）.

〔编辑：张思楠〕

Discussion on the Numerical Error and the Exclusion of the

Measurement of the Rockwell Hardness Tester

Lin Haoran

Abstract： For Rockwell hardness tester of numerical measurement are discussed， to affect the hardness meter indication accuracy of several error system analysis， and gives a series of effective troubleshooting， to the need for relevant provide a useful reference and reference.

Key words： Rockwell hardness tester; hardness of the metal; hardness; angle of the angle of the instrument

文章编号：2095-6835（2015）14-0108-01