通过洛氏硬度试验国家标准对试验误差进行分析

潘 伟

(西安铁路职业技术学院 机电工程系力学实验室，陕西 西安 710014)

一 常见洛氏硬度试验误差产生的原因

(一)洛氏硬度计自身造成的误差

1.试验力的不正确。洛氏硬度值是根据压痕残余深度计算的，压入深度与试验力的大小密切相关。以C标尺为例，洛氏硬度试验的原理是顶角为120度金刚石锥体压头先后两次压入被测试样，第一次施加初试验力，第二次加主试验力，两次试验力加起来为总试验力，保持一定时间后卸载主试验力，测量在初试验力下残留的压痕深度。如果初试验力大于基准值，压痕深度就会增大，使洛氏硬度值偏高，反之硬度值偏低。

2.压头问题。金刚石压头在使用一定时间后，造成锥体压头出现缺陷或过于粗糙，致使圆锥角和顶端球面不符合标准，当圆锥角大于标准时，压痕深度变小，测得硬度值高，对于低硬度材质产生误差较大。对于球压头，球体直径、圆度及表面缺陷同样造成硬度值误差，当球体压头直径大于标准值时，压痕深度变小，测得硬度值偏高，对于高硬度材质产生误差较大。

3.测试装置稳定性不够。当测试装置不稳定时，在测验力作用下会产生弹性变形，将会引起压痕测量深度不准确。当工作台不够水平时也会造成硬度值测试结果偏低。

(二)被测试样造成的误差

1.被测试样表面粗糙度对测试结果的影响。在洛氏硬度试验中被测试样制备和质量对洛氏硬度测试结果影响十分明显。如果试样表面粗糙度达不到标准，高硬度材料测试的硬度结果偏高，低硬度材料测试的结果就会偏低。

2.被测试样表面洁净度对测试结果的影响。试样表面的油污、氧化也会造成测试结果偏低。

3.被测试样表面形状对测试结果的影响。根据洛氏硬度试验原理，理想的试样应是平面的，而很多被测工件是曲面的，这样测得的结果误差比平面试样大的多。

(三)试验操作造成的误差

1.测试标尺不正确。在做洛氏硬度试验时没有根据试样情况选择合适的测试标尺，若试样硬度小于20HRC，直接用C标尺测试，压痕很深，误差会增大。当试样硬度高于67HRC时，压痕变浅，可能损坏压头。

2.加载速度和保持时间问题。在试验中试验力加载速度和总试验力保持时间对测试结果有影响，加载速度快会增加惯性力，使测试结果偏低，总试验力保持时间越长，测试结果就会越低。

3.压痕间距问题。当试样上压痕中心距离太近时，因试样压痕周围的硬化会使相邻压痕

4.曲面试样未按标准规定加修正值。在不同直径的圆柱试样上测得的洛氏硬度值均比平面试样上测得的硬度值低，所以在测试曲面试样时，测试结果必须按标准规定加修正值。

二 减少洛氏硬度试验误差的措施

任何测量都会受到随机和系统两方面的影响，所以任何测量都会有或大或小的误差，如果我们按标准规定的要求进行测试，测量误差就可以在一定适度上得到控制。我们在洛氏硬度试验中可以采取以下措施，从而减小试验误差。

(一)定期对洛氏硬度计进行保养和检验

1.校准试验力。可以用标准块在主轴移动范围内一定间隔3个位置以上进行测试。新国家标准要求初实验力充许误差不大于标称值的±2.0%，总实验力充许误差不大于标称值的±1.0%。如果初实验力超出标称值，一要检查加力杠杆调整块位置是否松动或改变。二要检查加力吊盘位置是否有偏差，主轴系统摩擦力增大等。总试验力超出标称值时首先检查初试验力是否正确，其次是检查支点刀刃和加力主刀刃是否出现问题。

2.检验压头。一是可以对金刚石圆锥压头进行直接检验，在4个以上等间隔截面上测量压头形状，在0.3mm压入深度内金刚石圆锥球面应抛光，无表面缺陷，锥面与球面应完全相切。按新国家标准规定，金刚石圆锥顶角应为120°±0.35°。金刚石圆锥体轴线与压头柄轴线夹角应小于0.5°。二是对球压头的检验，球的表面应抛光无表面缺陷，新国际要求球的直径为1.5875mm时误差不大于0.0035mm，球直径3.175mm时误差不大于0.004mm。

3.检查设备稳固状态。可以用精度为0.2mm的水平仪校试硬度计是否水平安装。试验中，非平面试样应放置在刚性支承物上，防止试样在试验中位移。

(二)试验前做好对试样的处理

1.试验前检查试样的粗糙度Ra不能大于0.8μm。达不到标准的应磨光或抛光表面。

2.选择试样的厚度应是洛氏试验残余压痕的10倍以上。试验后，试样背面不能有肉眼可见的变形痕迹。

3.试验前应去除试样表面脱碳、氧化、油污等影响测试结果的因素。

(三)严格按照操作规范进行试验

1.试验中应掌握标尺的选择。从洛氏试验国家标准91、94版到2004版，每个版本对标尺范围都进行了扩大调整。所以，在试验中应按试样硬度和厚薄根据新标准规定选择合适的标尺。我们在测试未知硬度的试样时，初始测试标尺可以选择A标，根据测试硬度的高低，确定是否更换压头或载荷。当低于60HRA时应当换用B标尺;如果厚度允许，介于60-85HRA之间可以选择C标尺。

2.应保持足够的试验力加载时间。对于A和C标尺高硬度试样，总试验力保持时间应在2s左右。对C标尺中硬度和B标尺高硬度总试验力保持时间应在5s-10s。C标尺低硬度和B标尺中硬度总试验力保持时间一般在20s内。

三 结语

总之，我们在做金属洛氏硬度试验时，应根据试验原理、设备的状况、测试技术规范每一个测试步骤。首先，检查实验设备是否完好，压头是否变形磨损;试样表面的质量、表面和背面的平行度以及与载物台接触面的平整度必须符合要求;试样在载物台上不得有明显晃动，与载物台贴合紧密，平稳放置。其次，选择合适的标尺和试验力加载保持时间后正确操作洛氏硬度计进行测试。根据国家标准的要求，在测试选点的位置、数量、分布等方面都要满足标准的要求。

［1］GB/T230.1—2004《金属洛氏硬度试验》［S］.

［2］罗会昌.机械工程材料工艺学(第3版)［M］.北京:高等教育出版社，1990，10.