浅析零件表面洛氏硬度范围

陈丽君，张道谱

（东风格特拉克汽车变速箱有限公司，湖北 武汉 430000）

引言

洛氏硬度HR'是机械行业中应用较为广泛的一种标识零部件表面硬度的计量单位。洛氏硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度值的指标，以0.002 毫米作为一个硬度单位[2]。洛氏硬度有A，B，C 等不同的标尺，分别表示用不同的载荷力和压头测试得到的表面硬度值。洛氏硬度虽然使用广泛，但是很多设计人员对零部件表面硬度值的范围定义和硬度计的检测误差没有深入的了解和认知。范围值定义太窄，成本过高，影响批量生产；范围值定义太宽，对于产品质量管控过于严格，没有实际意义。

本文根据国家相关标准，结合机械行业常用热处理气氛炉的工艺水平，以及洛氏硬度检定设备计量水平，给出适用于批量生产的零件表面硬度值范围，并且有利于实际生产中产品质量的管控。

1 实例

现某公司产品图纸定义表面渗碳淬火，硬度要求78 HRA～81HRA。供应商检测判定合格，客户方抽检发现有产品超差，判定不合格。产品不能正常装配使用，影响生产。

1.1 参考标准

根据《JJG113—标准金属洛氏硬度块》[1]，对于高硬度A 标尺标准块，其均匀度不大于0.4HRA，稳定性不大于0.4HRA。

根据《GB/T230.2—金属材料 洛氏硬度试验》[2]，A 标尺洛氏硬度计相对于高硬度标准块，允许的校准误差为±1.5HRA，允许的校准重复性为0.8HRA。

这表示，硬度计在用标准硬度块校准时，在硬度计的重复性合格的前提下，其测量平均值与标准块的标示值相差在±1.5HRA 以内，可认为硬度计是合格的。如果一方的硬度计处于极限上差，另一方处于极限下差，则双方的硬度计偏差就能达到3HRA，已经覆盖了图纸的定义范围。说明图纸给定的78HRA～81HRA 理论上不能存在制造误差，这样不符合实际制造情况。

1.2 加工工艺

供方采用的是热处理气氛炉进行渗碳淬火，设备型号：丰东UBE-600。经多次调试后，最终温度控制曲线如下：

表1 温控曲线主要参数

硬度计在用于检测零件硬度之前，须先用标准硬度块校准。标准硬度块标示值82.4HRA，硬度计进行五次检测，显示测量值为：

表2 供方硬度计校准

经计算，供方硬度计的校准误差为-0.64HRA，校准重复性为0.6HRA，符合《GB/T230.2—金属材料 洛氏硬度试验》[2]要求。

用校准后的硬度计测量产品表面硬度，测量数据如下：

图2 供方硬度检测数据

其中，最大值80.2HRA，最小值78.2HRA，二者极差为2HRA。

由于硬度计在校准时，每次测量的结果都不一定相同。因此，不能将硬度计的校准误差补偿到最终的零件测量结果中。

客户方对零件进行复检。同样使用标示值82.4HRA 的硬度块校准硬度计，同样进行五次测量，显示测量值为：

表3 客户方硬度计校准

经计算，客户方硬度计校准误差为-0.32HRA，校准重复性为0.3HRA。同样符合《GB/T230.2—金属材料 洛氏硬度试验》[2]要求。

用校准后的硬度计测量产品表面硬度，客户方检测零件表面硬度值如下：

图3 客户方硬度检测数据

其中最大值79.7HRA，最小值77.6HRA，二者极差值2.1HRA，且部分数据已超出图纸限定范围。

从双方的检测数据可知，对于同样的零件，即使双方的硬度计都符合国家标准，检测结果也存在较大差距，并且会影响最终的产品合格性判定。

1.3 设备检定

供方热处理气氛炉是按照《GB/T30825 热处理温度测量》[3]中定义的Ⅱ类热处理炉和B 型仪表系统定制，经安装调试和系统精度校验，均符合国家标准。产品制造过程也有实时数据监控，符合工艺追溯性要求。

供方硬度计在不同时期内校准数据如下：

表4 供方硬度计校准数据统计表（单位：HRA）

从上表可知，在不同时期内硬度计的校准都合格，但是相对于同一标准块，其校准误差也存在较大的波动。由于硬度计的波动原因已有相关文献进行说明[4-5]，本文在此不再赘述。

1.4 建议范围值

综合国家硬度标准的要求，根据硬度计相对于标准块的校准数据统计，和常用热处理气氛炉工艺水平，为了适用于大批量生产，建议对零件表面高硬度要求的范围值应给4HRA～5HRA 的公差带。

2 结束语

本文对洛氏硬度相关标准进行了简单的说明，同时展示了行业内常用的热处理气氛炉的工艺水平，给出了零件表面硬度的范围，对于图纸设计有一定的指导意义。另外，随着热处理真空炉的普及，是否会提升零件表面硬度的工艺水平，还有待于后续的调查。