洛氏硬度计计量校准误差分析

黄健明

（广东省江门市质量计量监督检测所，广东 江门 529000）

洛氏硬度计具有测量范围广、操作简单方便等优点，并且可在指示表上直接读取硬度值， 是目前测量金属、塑料等材料硬度的主要手段。工业生产中很多工件都需要以洛氏值为标准。虽然洛氏硬度计结构及操作简单，但仪器使用不当或操作不对也将造成硬度值精度出现误差，被测的工件硬度值错误，直接导致的结果就是一批工件不合格报废，让企业蒙受巨大的损失。笔者根据多年洛氏硬度计使用经验，总结了一下洛氏硬度计计量校准误差的环节及出现误差后的处理方法。

表1 硬度数值的影响因素

1 洛氏硬度计直接校准与间接校准结果不一致的原因分析

《洛氏硬度计检定规程》以及用金属材料检测洛氏硬度的实验可以得出，如果一一校对循环时间、压痕装置的主轴位移等各项指标，得出的结果都与规程中所涉及的方法相符合。如果洛氏硬度的标尺高硬度值是60±2，中硬度值是45±2，低硬度值是30±2，将这些值间接地校对硬度计，就会有三种情况发生，这三种情况分别是：（1）标尺的三种的硬度值不相同，但是其偏差指向都一样。（2）高硬度值偏差正，低硬度值偏差负。（3）高硬度值正偏差，低硬度值负偏差，如果以上的二三点情况同时发生，那么测量杠杆后得出的数值将不是最理想的修正数值，而如果过度地修正硬度计的标尺数值偏差，则会对洛氏数据进行实验的可靠性造成影响。表1说明了参数指标的大小方向对数值精确度的影响情况。如果在校对工作过程中硬度值加减的因素同时发生，会造成完全不同的结果，这就需要对每一项的参数指标都做好一定的调整，让它们都在同一个范围之内，比如将偏差的数值相反的压头进行更换，将负荷杠杆调整到可以改变偏差的方向，这些改变可以有效避免偏差的不协调情况。

直接和间接的校准对硬度计技术和状态的反应完全不同。前者是为了保证部件或者是系统的准确，而后者是保证两者之间的协调以及配合，将硬度计的各种测试能力互相综合。上述表1列出的因素远不能说明对硬度准确数值造成影响的所有因素列表，因为每一个不同的硬度计都无法避免出现各种偏差，因此，调整好偏差是让硬度计数值更为准确的办法之一。根据《洛氏硬度计检定规程》以及做过的相关实验可知，并没有相关的数据是偏差标准范围内的参数，但是在允许范围内的参数是根据洛氏硬度实验以及硬度量的数值得来的，因此硬度计的数值偏差要小于或等于上述规程中所规定的偏差数值，只有这样，才能保证其具备很好的系统性，所涉及到的数值才具有比较意义。

图1 洛氏硬度计的原理

2 自动洛氏硬度计加荷保荷数值的变化对硬度数值的影响

系统的测量是有力传感器以及位移传感器自称的，正如图1，需要经过伺服电机以及液压系统所控制，才可以测量以及控制相应的力值和位移。

在校对自动洛氏硬度计的数值时会有几种情况发生，首先在加荷的过程中，阶段的开始属于匀速加值，等到快接近标准值的时候会逐渐转向停顿，再循环进行，一直到无限接近标准值才会停止，具体情况看图2的曲线图。还有一种情况，标准力值的上下波动，调整循环，与第一种情况相同，无限接近标准值停止。上述的两种情况的任何一种，所停顿和调整的区间都小于或等于力值误差的范围之中，时间不能长于规程中允许的时间，才能保证硬度计数值的正确。

图2 自动洛氏硬度计加荷时的力值波动图

在悬挂砝码中会产生一定的重力，再通过杠杆传递到硬度计的主轴上，这种重力在工作的过程中是无法逆转的，作用会一直停留在主轴上，并且成正比的关系，而主轴位移的曲线变化和痕深的曲线变化也保持一致。而自动的洛氏硬度计则是由于参数在一定条件的设置下控制位移参数和力值参数来进行实验，因此，后者是因为有压头的作用力，从而产生了变形，主轴也会发生相应的位移，这个时候通常为了满足标准力值，主轴驱动机会重新对位置进行设置和调整，不停地进行实验，直到结束。如果硬度计不能满足条件进行相应的调整，会导致力值的稳定，硬度计数值的重复性不佳。但是如果力值的波动过于大会使结果造成很大的误差，严重影响低硬度值。

机械师的洛氏硬度计则需要指示盘以及标尺进行投影来表现这个实验的过程，通常利用投影的指示以及发生变化的情况是可以判断出某些工作环节的状态以及某个环节发现的问题的。但是自动洛氏硬度计需要通过标识才能将工作的相关内容呈现，而且不能显示出正确的工作状态。所以，必须对周期洛氏硬度计的力值进行校准。在校对中看它们之间的变化请款，如果硬度计的加荷保荷变化幅度大于标准值的1%，或者是自行的调整能力过慢而对循环的要求产生了影响时，按照相关的程序和参数再次做好调整设备的工作，才能得到相应的技术支持，如果最后硬度数值太差，可以用实验校对菜单的传感器参数来保证硬度计的指标符合规程的相关要求。

3 机架变形使系统误差产生的相关探讨

在进行实验的过程中，机架在加重了主负荷以后会有变形或者位移的情况发生，最后使得结果产生误差，这种误差在标尺硬度值的一定范围内影响是相同的，都是系统产生的误差。

工作台、止推轴承等部件组成了支撑硬度计的的装置，但是由于形式结构特别，操作比较灵活，因此在丝杠或是止推轴承等地方加上一些润滑剂，具有一定的润滑功效。而如果长时间没有对机油进行维护，则会使油膜在连接的地方形成，导致部件在运行负重中挤压油膜使得结果发生变化，状态改变。洛氏硬度计的相关原理表示，如果主轴移动了0.002mm，就会有1HRC的误差产生，如果支撑装置上没有了作用力，那么油膜就会恢复正常状态。因此，要定期做好检查工作，才能使其受到的影响最小。丝杠与工作台的接触一定要光滑而洁净，保持之间无间隙，在加油以后要用干净的步把浮油擦掉，擦干后保持手中无油印，这样才能让丝杠移动顺畅。必要情况下测量工作状态的方式可选择用数显千分表，具体的做法是，用硬度计施加初负荷，再对表架的支杆与数显千分表的有一定的压缩作用，进行调整，当数显千分表清零以后增加主负荷，认真查看其变化，这种变化就是不正常位移后发生的变化数值。

通常来说，机架的变形会通过机架本身所具有的弹力变形以及支撑装置发生位移以后共同作用力下产生。这种变形在同一作用力下是一样的，即使通过校对也不会发生变化。在校对过程中适时地进行检查和维护工作，避免这种误差的扩大，减少错误的发生。

4 机械式洛氏硬度计在测量工作中的异常情况分析

机械式的洛氏硬度计是百分表的相关附件以及杠杆构成，以1比5的比例将其放大以后转化成硬度计指示度盘，具体情况如图3所示。

由于在工作状态下工作台会上升，主轴位移的作用会使得杠杆的测量发生变化指针停止，而在外力的作用中拉簧位置会张开。在一定的施加作用力情况下，测量杠杆又会向下移动，这个时候百分表测杆又会随着主轴以及杠杆位移。去除了硬度计上的主负荷以后，弹性作用逐渐恢复，主轴的位移使得百分表的测杆也随之移动，通常来说，随着弹性的逐渐恢复得以克服主轴、测量杆等外力的作用，会通过百分表显示在度盘上。如果有摩擦力或者是阻力影响了测杆的移动，又或者是测杆的支点上有油污等会使得装置产生阻力，使用不灵活，弹性的恢复情况就会比较缓慢，偏差出现以后会导致系统误差。

如果卸除了主负荷后，度盘上的指针已经停止但有细微的走动，那就说明测量装置可能存在了一些摩擦，这时就要打开盖子，抬起测量杆，检查一下是不是发生了卡阻的情况，然后松开手看看走针的运行情况，是否平稳而匀速，查看螺栓有没有上紧，直到确定了百分表的外壳和机体没有配合上的松动以后才通过。上述的方法，可以及时发现并解决出现的问题。

结语

综上所述，影响洛氏硬度计测量结果准确性的因素很多，它们对洛氏硬度计测试结果准确性的影响偶尔是独立的，更多的是相互交叉重叠而产生的综合现象。因此，当洛氏硬度计出现校准误差时，不能简单地处理和下结论，应通过问题现象结合硬度计的结构特点，由表及里逐步分析判断，找出问题存在的主因，使存在的误差问题得以正确解决。

[1]高亚利，张莉，卢劲松.洛氏硬度计检定中常见各种误差及处理方法[J].计量与测试技术，2001（03）.

[2]国家质量监督检验检疫总局，全国力值、硬度计量技术委员会.JJG112－2003金属洛氏硬度计检定规程[S].北京:中国计量出版社，2003.

[3]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.GB/T 230.1－2009 金属材料 洛氏硬度试验 第一部分:试验方法（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺）.北京：中国标准出版社，2009.

[4]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.GB/T 230.2－2012 金属材料 洛氏硬度试验 第二部分:硬度计（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺的检验与校准）.北京：中国标准出版社，2012.