里氏硬度计其他标尺示值准确度分析

【摘要】里氏硬度计是比较常用的硬度测试工具之一，里氏硬度计通常用于测量工件的里氏硬度值，但如果需要用其来测量其他硬度值时，也会用其测量布氏硬度值或洛氏硬度值。本文采用3个比较常见的里氏硬度计测量常用的里氏硬度块、布氏硬度块和洛氏硬度块，在保证里氏硬度块实验数据合格的情况下，通过分析其他硬度块实验数据，给出里氏硬度计测量布氏硬度和洛氏硬度的相应规律，最后对里氏硬度计检测布氏硬度和洛氏硬度实验给出一定的建议。

【关键词】里氏硬度计；标尺；测量

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.014

Analysis of Accuracy of Indications on Other Scales of Leeb Hardness Tester

LIU Wei

（Liaoning Institute of Metrology， Shenyang 110004， China）

Abstract： The Leeb hardness tester is one of the commonly used hardness testing tools， usually used to measure the Leeb hardness value of the workpiece. However， if it is necessary to measure other hardness values， it will also be used to measure the Brinell hardness value or Rockwell hardness value. This article uses three commonly used Leeb hardness testers to measure commonly used Leeb hardness blocks， Brinell hardness blocks， and Rockwell hardness blocks. While ensuring that the experimental data of Leeb hardness blocks are qualified， by analyzing the experimental data of other hardness blocks， the corresponding laws of Leeb hardness tester measuring Brinell hardness and Rockwell hardness are given. Finally， some suggestions are given for Leeb hardness tester testing Brinell hardness and Rockwell hardness experiments.

Key words： leeb hardness tester； ruler； measure

里氏硬度計是一种测试器材。1978年，瑞士人Leeb博士首次提出了一种全新的测量硬度的方法，它的基本原理是用具有一定质量的冲击体在一定的试验力作用下冲击试样表面，测量冲击体距试样表面1 mm处的冲击速度与回跳速度，利用电磁原理，感应与速度成正比的电压。

由于里氏硬度计体积小，操作方便，被广泛应用于各个行业。但每个行业对硬度值的大小及硬度的种类都有一定的要求，虽然不同种类硬度之间通过某种公式可以相互转化，但转化过来的数据还是不如直观的数据对客户有说服力。由于上述原因，硬度计生产厂家新生产的里氏硬度计都具备了测试各种型式硬度的功能，如里氏、布氏、洛氏、维氏等，可以满足不同企业的使用需求。每种硬度计都具有不同的工作原理，操作方法和测试条件都有所差异，如果里氏硬度计能够准确测量其他型式的硬度值，再加上便携和易操作的优点，完全可以取代其他种类的台式硬度计。

笔者认为，里氏硬度计不能取代其他的硬度计，毕竟术业有专攻，里氏硬度计就应该测量里氏硬度。那么，里氏硬度计能否用来测量其他种类的硬度值，或者说如果身边没有台式硬度计，能否用里氏硬度计来代替。为了回答这个问题，笔者通过下面的实验来验证。

首先，准备有证的常用标准硬度块，标准里氏硬度块准备3块（分别为高、中、低值），标准布氏硬度块准备3块（HBW10/ 3000标尺、HBW5/750标尺、HBW2.5/187.5标尺各1块），标准洛氏硬度块准备3块（C标尺高、中、低值各1块）。其次，选用比较常见的3种里氏硬度计，分别在上述准备的标准硬度块上进行硬度实验。先将硬度计在标准里氏硬度块上进行实验，确保硬度计的示值满足检定规程要求，如果不能满足检定规程要求，用相应的标准里氏硬度块对其进行校准，然后再进行里氏硬度实验。里氏硬度实验完成后，继续进行布氏硬度实验和洛氏硬度实验，其中里氏硬度块采用直接测量的方式，布氏硬度块和洛氏硬度块采用耦合在里氏硬度块上进行测量的方式。

各种硬度标尺之间都存在着一定的联系，前人根据经验已经给我们总结出了各种硬度标尺之间关系，里氏硬度计生产厂家也是根据这个关系对硬度计的软件进行处理，使其能够显示不同形式硬度的数值。理论数据是不考虑其他任何因素干扰的前提计算出来的，在实际工作中会存在很多干扰因素，如环境条件、设备设施、人为因素等，都会对测量结果产生一定的影响。

里氏硬度计在标准里氏硬度块上测量里氏硬度值所产生的误差可以分为硬度块误差、标定误差和硬度计误差。里氏硬度计在标准布氏或洛氏硬度块上测量布氏或洛氏硬度值所产生的误差可以分为耦合误差、硬度块误差、转换误差、标定误差和硬度计误差。硬度块误差是上级计量部门定度时产生的误差，标定误差是在里氏硬度计标定时产生的误差，硬度计误差是机器本身存在的误差，耦合误差是硬度块耦合在里氏硬度块或大型平台上产生的测量误差，转换误差是硬度计厂家处理软件时产生的误差。

1号硬度计实验数据、2号硬度计实验数据、3号硬度计实验数据分别见表1、表2、表3。

从表中可以看出，无论是哪一台硬度计，按照JJG 747—1999《里氏硬度计》检定规程的要求，采用里氏硬度块的实验数据都是合格的，仅仅是误差大小存在差异。按照JJG 150—2005《金属布氏硬度计》检定规程和JJG 112—2013《金属洛氏硬度计（A，B，C，D，E，F，G，H，K，N，T标尺）》检定规程中对硬度计示值误差和重复性的要求，上述布氏和洛氏實验数据都是不合格的，仅从示值误差方面考虑，只有2号硬度计对应的一个布氏硬度标尺满足规程要求，其他的都超过了规程的允许范围。仅从重复性方面考虑，没有一个硬度计的一个硬度标尺满足规程要求。

由于试验力与压头球直径平方的比为30，且硬度值在（200～300）HBW范围内的布氏硬度块为常用硬度块，故笔者在实验中采用的是硬度值相近的3种常见布氏硬度标尺。从表中可以看出，3种标尺的实验数据还是有一定区别的。3个硬度计的HBW5/750和HBW10/3000两种标尺的实验数据都要比HBW2.5/187.5的实验数据要好很多。除了自身参数存在差别外，硬度计的影响和人为因素的影响对3种标准布氏硬度块是一样的。这3种硬度块的标准值也差不多，只能从标准块的外形上找原因。根据标准布氏硬度块规程可知，HBW10/3000标准块对厚度的要求是≥16 mm，HBW5/750标准块对厚度的要求是≥12 mm，HBW2.5/187.5标准块对厚度的要求是≥6 mm。所以，产生上述数据差异的原因可能是由于标准块的厚度，厚度越厚校准数据越接近合格范围，如果布氏硬度块的厚度做成和里氏硬度块的厚度一样，那实验数据就会满足检定规程的要求了。

不同硬度计在同一块硬度块上产生的实验数据也有所不同，如1号硬度计在HBW2.5/187.5和HBW5/750标尺上数据的重复性为30HBW左右，但2号和3号实验数据的重复性为10HBW左右。而且笔者发现，1号硬度计在所有标尺上数据的重复性都要远大于2号和3号实验数据的重复性。出现这样结果的可能是由于耦合产生的，每一个硬度块耦合的效果不一样，导致实验数据也会有所区别。

由于洛氏硬度块最常用的就是C标尺，故笔者在实验中采用的是C标尺的洛氏硬度块进行实验。从表中可以看出，3种硬度块的示值误差都是不满足规程要求的，偏离标准值比较多，且都为负差。由于3种硬度块外形尺寸一致，上面对布氏硬度块所总结出的规律对洛氏硬度块不适用。3种硬度块唯一的区别就是它们的硬度值不同，笔者发现硬度值大的硬度块实验数据偏差最多。硬度值越高的C标尺洛氏硬度块测量的实验数据产生的示值误差越大。不同硬度计在同一块硬度块上产生的实验数据也有所不同，如1号硬度计在低硬度值C标尺上数据的重复性为6.0HRC左右，但2号和3号实验数据的重复性为3.0HRC左右，而其他实验数据的重复性差距不是太多。产生这样结果可能是由硬度计自身存在误差造成的，最主要的原因还应该是耦合产生的。

图1给出了3个硬度计的不同标尺硬度块实验数据与标准值对比图，图中纵轴表示的是硬度值，横轴表示的是不同的标准硬度块。从图中可以更加直观地看出前面所提到的规律，并且可以清楚地看出不同硬度计在同一标尺硬度块的校准数据和标准值之间的差异。

从实验数据的重复性可以看出，无论是布氏硬度块还是洛氏硬度块所产生的重复性都比较大，产生这样的现象可能是耦合剂涂抹不均匀导致的。耦合的效果好可能产生的重复性就小（2号和3号硬度计在布氏硬度标尺上的实验数据）；耦合的效果不理想可能产生的重复性就大，实验数据就会很离散（1号硬度计在布氏硬度标尺上的实验数据、所有硬度计在洛氏硬度标尺上的实验数据）。故笔者认为，校准数据重复性的好坏主要取决于硬度块之间的耦合效果。

综上所述，采用里氏硬度计测量其他标尺硬度块的实验数据不是很理想。从布氏硬度块实验数据可以看出，偏厚硬度块HBW10/3000和HBW5/750标尺产生的实验数据要优于HBW2.5/187.5标尺产生的实验数据；从洛氏硬度块实验数据可以看出，偏小值硬度块的实验数据要优于偏大值硬度块的实验数据。笔者建议，尽量采用里氏硬度计检测里氏硬度值。如果需要检测布氏硬度值或洛氏硬度值，尽量选用布氏硬度计或洛氏硬度计。如果身边确实没有相应的硬度计，可以选用示值误差和重复性都相对比较小的里氏硬度计来进行布氏硬度或洛氏硬度实验，实验数据也只能作为参考。如有可能，可以寻找布氏硬度计或洛氏硬度计进行布氏或洛氏硬度实验，将此实验数据和先前实验数据进行对比，来确定先前实验数据的准确程度。

【参考文献】

[1]里氏硬度计：JJG 747—1999[S].

[2]标准金属布氏硬度块：JJG 147—2017[S].

[3]金属布氏硬度计：JJG 150—2005[S].

[4]金属洛氏硬度计（A，B，C，D，E，F，G，H，K，N，T标尺）：JJG 112—2013[S].

[5]金属材料里氏硬度试验第4部分：硬度值换算表：GB/T 17394.4—2014[S].

[6]吕大农.如何正确使用里氏硬度计测量零件的布氏或洛氏硬度[J].理化检验（物理分册），2001（7）：316-317.

[7]孙庆军，周晓江，潘英.里氏硬度计测量布氏硬度与洛氏硬度误差分析[J].计量与测试技术，2014，41（11）：50-51.

【作者简介】

刘伟，男，1982年出生，高级工程师，硕士，研究方向为力值、硬度计量器具。

（编辑：李加鹏）