里氏硬度計檢測轉(zhuǎn)軸硬度誤差分析

龍曉偉+吳慧+彭麗軍+羅林果

摘 要：針對目前生產(chǎn)現(xiàn)場使用里氏硬度計測量轉(zhuǎn)軸硬度中存在誤差的情況，文章介紹驗(yàn)證里氏硬度計與布氏硬度計兩種檢測硬度差值的結(jié)果，并提出后續(xù)轉(zhuǎn)軸硬度檢測過程中的解決方案。

關(guān)鍵詞：電機(jī)轉(zhuǎn)軸；硬度測量；熱處理；誤差；對比

中圖分類號：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）21-0094-02

引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和我國制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級，對節(jié)能環(huán)保型的高效電機(jī)需求量越來越大；其中電機(jī)轉(zhuǎn)軸是高效電機(jī)的核心部件，工作環(huán)境惡劣，轉(zhuǎn)軸的機(jī)械性能要求高，其中硬度就是產(chǎn)品制造過程中的重要性能指標(biāo)，本文所介紹產(chǎn)品轉(zhuǎn)軸的硬度100%必須進(jìn)行檢測，由于布氏硬度計主要用于檢測試件硬度的局限性，而檢測大型實(shí)物不實(shí)用，因而選用輕便實(shí)用的里氏硬度計進(jìn)行檢測，能快速得出檢測結(jié)果，從而廣泛用于現(xiàn)代工廠的生產(chǎn)過程中；然而在硬度檢測時發(fā)現(xiàn)，使用里氏硬度計雖然能快速得出數(shù)據(jù)，但檢測的硬度值普遍低于布氏硬度計所檢測的值，不能真實(shí)地反映出轉(zhuǎn)軸產(chǎn)品的硬度，在一定程度上給判定轉(zhuǎn)軸的實(shí)際硬度狀態(tài)造成影響，所以本文以實(shí)物轉(zhuǎn)軸調(diào)質(zhì)后，用布氏硬度計和里氏硬度計來測量轉(zhuǎn)軸硬度值進(jìn)行對比分析，研究解決方案。

1 里氏硬度計和布氏硬度計的基本原理

（1）里氏硬度計基本原理是具有一定質(zhì)量沖擊體在一定試驗(yàn)力作用下沖擊試樣表面，測量沖擊體距離試樣表面1mm處沖擊速度和反彈速度，利用電磁原理，感應(yīng)與速度成正比的電壓。里氏硬度值以沖擊體反彈速度與沖擊速度之比來表示。

（2）布氏硬度計的基本原理是把一定直徑的鋼球，在一定試驗(yàn)力作用下，以一定的速度壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的試驗(yàn)保持時間后卸除試驗(yàn)力，被測試樣表面得到一個球形壓痕，再用讀數(shù)顯微鏡測量球形壓痕的最大直徑，然后在布氏硬度表中查找相應(yīng)的硬度值，即被測試樣的硬度值。布氏硬度計（HB）實(shí)踐中多用于測量退火、正火以及調(diào)質(zhì)處理的結(jié)構(gòu)鋼工件，可靠性高，測量重復(fù)性好，尤其在發(fā)生有關(guān)硬度測試問題糾紛時，多用布氏硬度計作為仲裁依據(jù)。

2 轉(zhuǎn)軸技術(shù)狀態(tài)

電機(jī)轉(zhuǎn)軸材質(zhì)：40CrNiMo，調(diào)質(zhì)后的機(jī)械性能要求：抗拉強(qiáng)度≥980MPa，屈服強(qiáng)度≥835MPa，延伸≥12%，斷面收縮≥55%，AKU2>78J，同時φ36mm軸外圓段（位置見圖1）等部位硬度要求34-40HRC；為滿足硬度要求并保證整個軸機(jī)械性能的連續(xù)性，經(jīng)研究熱處理采用整體調(diào)質(zhì)處理達(dá)到所需性能要求。

3 熱處理過程簡介

（1）轉(zhuǎn)軸熱處理調(diào)質(zhì)生產(chǎn)流程為：淬火-清洗-回火。

（2）熱處理主要實(shí)施過程：轉(zhuǎn)軸裝框進(jìn)主爐，主爐為可控氣氛箱式多用爐設(shè)備，在保護(hù)氣氛下加熱保溫并自動淬火處理，淬火油為好富頓快速G油；然后自動清洗，再自動進(jìn)行回火；全過程采用程序自動控制，最大限度減少了人為因素影響。

4 測量設(shè)備

硬度測量設(shè)備采用里氏硬度計TH160和布氏硬度計HB-3000B?？紤]到產(chǎn)品受檢測部位余量不多，布氏硬度計宜采用750kgf的載荷，鋼球直徑為5mm的硬質(zhì)合金球，載荷保持15s。

5 測量數(shù)據(jù)及分析

（1）轉(zhuǎn)軸熱處理調(diào)質(zhì)完成后，為避免因測量位置表面粗糙度、曲率半徑等因素影響測量準(zhǔn)確性，將被測位置圖1的φ36、φ85、φ55軸外圓打磨拋光一個小平面便于檢測，軸平放于平臺上，φ85兩頭用兩塊V型鐵支撐，使用里氏硬度計測量三處外圓部位，每次檢測必須更換檢測點(diǎn)，數(shù)據(jù)如下表1所示：

（2）通過上表的數(shù)據(jù)分析，直徑較大的φ85部位硬度值明顯大于直徑較小φ36部位硬度值，而整件轉(zhuǎn)軸是整體在同一設(shè)備加熱保溫并同時淬火，在一個回火設(shè)備回火處理，全過程都是自動控制；因此需要對φ36部位的硬度真實(shí)值進(jìn)行驗(yàn)證，同時使用布氏硬度計及里氏硬度計測量φ36軸段外圓的硬度，并對兩者的硬度值進(jìn)行對比分析。

（3）硬度對比分析

a.里氏硬度計直接測量圖示φ36位置硬度，該位置未墊V型塊，下方懸空。

b.為防止里氏硬度計直接測量φ36位置硬度不準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)

軸下方墊放V型塊進(jìn)行檢測。

c.布氏硬度計檢測φ36外圓，測量總共進(jìn)行了三次，每個測試點(diǎn)為φ36圓截面上互相成90度角上的三個點(diǎn)，每個位置都打磨拋光一處小平面，得到三個布氏硬度值。

d.對上述三次φ36外圓硬度測量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總對比分析，如表2所示。

通過上述測量數(shù)據(jù)表明，使用里氏硬度計測量φ36外圓的硬度值并不準(zhǔn)確，其與布氏硬度計測量出來的硬度數(shù)值相差太大，并且在進(jìn)行里氏硬度計硬度測量時應(yīng)盡量保證測量位置的相對穩(wěn)固。

e.按同方式對φ55段外圓硬度測量對比，見表3。

備注：表3中布氏硬度計測量數(shù)據(jù)的HRC通過查閱《黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算表》換算成HRC。

通過上述測量數(shù)據(jù)表明，里氏硬度計在進(jìn)行測量φ55段外圓硬度值時數(shù)據(jù)與布氏硬度計測量數(shù)據(jù)基本相符。

6 結(jié)論

（1）對于不同軸徑的轉(zhuǎn)軸，檢測軸兩端直徑較小外圓上硬度時，往往里氏硬度計檢測的數(shù)據(jù)值與真實(shí)值相差較大。

（2）對于不同軸徑的轉(zhuǎn)軸，需要檢測兩端直徑較小外圓上硬度值，建議在長度方向留有一定的余量，采用本體取樣的方式，利用其他硬度計（如布氏、洛氏等）作為硬度最終檢測依據(jù)。

（3）便攜式里氏硬度計在檢測調(diào)質(zhì)硬度時還受表面光潔度，檢測段是否懸空等因素影響，造成硬度值檢測重復(fù)性差，可靠性低。

綜上所述，當(dāng)使用里氏硬度計測量轉(zhuǎn)軸的洛氏硬度時，要嚴(yán)格按操作程序正確操作，必要時要對所測得的值進(jìn)行修正，這樣才能準(zhǔn)確的得出轉(zhuǎn)軸的硬度值。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T231.1-2009.布氏硬度計檢測方法[S].

[2]GB/T1172-1999.黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算表[S].

[3]JB/T6050-2006.硬度的測量方法[S].

[4]GB/T4340.1-2009.金屬維氏硬度檢測方法[S].