民機(jī)鋁合金零件硬度值試驗(yàn)誤差分析研究

刁春濤 李劍 陳晨

摘 ? 要：本文首先介紹了民機(jī)鋁合金零件硬度值試驗(yàn)技術(shù)的目的和測(cè)量原理，硬度試驗(yàn)是檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量、確定合理的加工工藝的主要手段之一;然后以常用的洛氏硬度計(jì)為例，研究了當(dāng)前工藝水平下鋁合金零件硬度值試驗(yàn)技術(shù)的誤差來(lái)源，通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)分析誤差范圍，并保守預(yù)估試驗(yàn)的誤差在±1.0HR范圍內(nèi)較為合理;最后提出了提高鋁合金零件硬度值測(cè)量精度的建議。

關(guān)鍵詞：鋁合金 ?洛氏硬度 ?試驗(yàn)誤差

中圖分類(lèi)號(hào)：V249.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）02（a）-0130-02

硬度試驗(yàn)是金屬機(jī)械性能試驗(yàn)中最簡(jiǎn)單、迅速和較易實(shí)施的方法，是檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量、確定合理的加工工藝的主要手段之一，在生產(chǎn)和科研中得到廣泛應(yīng)用[1]。隨著國(guó)內(nèi)航空制造業(yè)地不斷發(fā)展和深入，時(shí)常出現(xiàn)測(cè)量的零件硬度值超差，需要使用與零件同牌號(hào)、同爐批、同規(guī)格、同狀態(tài)的試樣做力學(xué)性能測(cè)試，若合格則可接受，若不合格則不可接受。有時(shí)存在因硬度值試驗(yàn)本身誤差導(dǎo)致測(cè)試的零件硬度值超差[2]，制作試樣并做力學(xué)性能測(cè)試過(guò)程將耗費(fèi)人力、物力，耽誤制造周期。有時(shí)因?yàn)楦鞣N原因無(wú)法制作試樣測(cè)試力學(xué)性能而導(dǎo)致報(bào)廢零件。保證硬度量值的準(zhǔn)確一致和測(cè)試儀器的正確使用，對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高零件合格率、降低制造成本和降低原材料消耗都具有重要的作用。因此，非常有必要開(kāi)展民機(jī)鋁合金零件硬度值試驗(yàn)本身誤差的分析研究。

本文主要介紹了民機(jī)鋁合金零件硬度值試驗(yàn)技術(shù)的目的和測(cè)量原理，研究當(dāng)前工藝水平下鋁合金零件硬度值試驗(yàn)技術(shù)本身的誤差，得出誤差范圍，為民機(jī)鋁合金零件硬度值的測(cè)量以及超差處置提供參考。

1 ?硬度值試驗(yàn)?zāi)康?/p>

硬度試驗(yàn)是用來(lái)檢查材料的狀態(tài)，但合格的硬度值并不能保證其機(jī)械性能合格。零件和原材料的硬度檢驗(yàn)合格與否必須根據(jù)隨帶的工藝單證明其經(jīng)指定的熱處理或冷加工，同時(shí)根據(jù)合格的硬度值來(lái)判定。

2 ?硬度值測(cè)量原理

經(jīng)過(guò)不斷的優(yōu)化和完善，洛氏硬度試驗(yàn)法已成為最常用的試驗(yàn)法之一。民機(jī)鋁合金零件硬度試驗(yàn)常選用洛氏硬度試驗(yàn)法。

洛氏硬度測(cè)定方法的原理：用規(guī)定的壓頭，在先后施加的兩個(gè)負(fù)荷（預(yù)負(fù)荷F0和總負(fù)荷F）作用下壓入試樣表面，在總負(fù)荷F保持一定的時(shí)間后卸除主負(fù)荷F1，保留預(yù)負(fù)荷，測(cè)量其壓入深度h1，以h1和在預(yù)負(fù)荷作用下的壓入深度h0之差Δh表示洛氏硬度的高低。以壓頭軸向位置0.002mm為1個(gè)洛氏硬度單位。

3 ?硬度值試驗(yàn)誤差分析

洛氏硬度計(jì)一般由機(jī)體、加荷機(jī)構(gòu)、測(cè)深機(jī)構(gòu)和壓頭等組成。硬度計(jì)本身的負(fù)荷誤差、壓頭形位誤差及測(cè)深機(jī)構(gòu)誤差、試驗(yàn)條件的變化和人員操作誤差等等都將對(duì)洛氏硬度試驗(yàn)的結(jié)果帶來(lái)一定誤差[1]。

3.1 負(fù)荷誤差

負(fù)荷誤差包括預(yù)負(fù)荷、主負(fù)荷誤差以及加荷不平穩(wěn)等等。硬度計(jì)的負(fù)荷是通過(guò)砝碼或彈簧產(chǎn)生的，所以負(fù)荷誤差主要取決于負(fù)荷彈簧的彈力、砝碼的重量、負(fù)荷杠桿臂比變化、加荷過(guò)程中的摩擦力及加荷機(jī)構(gòu)（如緩沖器）的作用是否正常等。負(fù)荷誤差對(duì)硬度測(cè)定值的影響，見(jiàn)表1。

從表1可知，預(yù)負(fù)荷比名義值增大時(shí)，測(cè)量的硬度值偏高;預(yù)負(fù)荷的影響對(duì)低硬度顯著，對(duì)高硬度較小。主負(fù)荷比名義值增大時(shí)，測(cè)量的硬度值偏低;主負(fù)荷的影響對(duì)低硬度顯著，對(duì)高硬度較小。

3.2 壓頭軸線(xiàn)方向的變形和位移

機(jī)架的彈性變形、升降絲杠的彈性變形和軸向位移、試樣支承面與工作臺(tái)面的密合性不良等均影響試驗(yàn)的結(jié)果。彈性變形對(duì)硬度值的影響可達(dá)0.5HRB。主軸傾斜影響試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表2。

從表2可知，主軸傾斜使得硬度值降低。傾斜度越大，硬度值降低越顯著。

3.3 測(cè)量機(jī)構(gòu)的誤差

測(cè)量設(shè)備，比如光學(xué)投影裝置、百分表本身的誤差、測(cè)量系統(tǒng)的機(jī)械摩擦力、測(cè)量小杠桿的臂比誤差等均對(duì)硬度測(cè)定值有一定影響。一般要求測(cè)量機(jī)構(gòu)的誤差不大于±0.5HRB。

3.4 負(fù)荷施加速度的影響

洛氏硬度試驗(yàn)屬靜載試驗(yàn)，負(fù)荷施加時(shí)應(yīng)保持平穩(wěn)、沒(méi)有沖擊。

根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)主負(fù)荷施加速度由2s變?yōu)?2s時(shí)對(duì)硬度值的影響為0.2～0.6HRB。為了保證試驗(yàn)精度，一般規(guī)定加荷速度壓入時(shí)間為4～6s。主負(fù)荷應(yīng)在2～3s內(nèi)均勻卸除，不得有沖擊、振動(dòng)。

3.5 溫度的影響

溫度的改變不僅會(huì)引起金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)的微小變化，而且會(huì)引起硬度計(jì)緩沖器中油的粘度變化，從而改變加荷速度，最終影響硬度值的變化。試驗(yàn)溫度增高時(shí)，硬度值降低。因此試驗(yàn)時(shí)溫度不能偏差太大，否則應(yīng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正。

3.6 操作誤差

試驗(yàn)條件的選擇、壓頭的安裝、加卸荷速度計(jì)負(fù)荷保持時(shí)間的控制以及讀數(shù)所帶來(lái)的誤差都?xì)w類(lèi)為操作誤差。其中有的屬于隨機(jī)誤差。因此試驗(yàn)操作人員必須經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，嚴(yán)格按照硬度值試驗(yàn)要求操作，提高試驗(yàn)精度。

3.7 試樣的影響

試樣表面質(zhì)量對(duì)硬度值測(cè)量有一定影響。表面油脂的潤(rùn)滑作用會(huì)使得測(cè)量的硬度值偏低;表面的鐵銹等臟物會(huì)增加壓頭的摩擦，使得測(cè)量的硬度值偏高。表面的平面性、工作面與支承面的平行性不好，也將帶來(lái)誤差。試樣厚度不夠，或者試樣與工作面密合不好將使得測(cè)量的硬度值偏低。

綜上，洛氏硬度試驗(yàn)的誤差來(lái)源較多，主要包括負(fù)荷、壓頭、測(cè)量機(jī)構(gòu)、試樣、試驗(yàn)條件、操作誤差，通過(guò)分析可以得出試驗(yàn)的誤差在±1.0HR范圍內(nèi)較為合理。

4 ?提高測(cè)量精度的建議

計(jì)量部門(mén)需按照硬度計(jì)的檢定項(xiàng)目、檢定用具及檢定方法的技術(shù)條件對(duì)使用中的硬度計(jì)進(jìn)行周期檢定。使用單位應(yīng)經(jīng)常使用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊進(jìn)行日常檢定，當(dāng)出現(xiàn)測(cè)量值異常時(shí)應(yīng)全面查找原因。硬度檢驗(yàn)人員應(yīng)掌握有關(guān)的試驗(yàn)法及規(guī)程的內(nèi)容，熟悉儀器結(jié)構(gòu)性能和正確使用。提高測(cè)量精度的建議如下：

（1）硬度計(jì)測(cè)量杠桿應(yīng)保持長(zhǎng)期穩(wěn)定性，可用一、二套較好的標(biāo)準(zhǔn)硬度塊，定期在同一硬度塊上試驗(yàn)。在硬度試驗(yàn)前，使用與試樣硬度值接近的標(biāo)準(zhǔn)硬度塊校機(jī)，使得試驗(yàn)結(jié)果更為可靠。

（2）試樣應(yīng)清洗干凈，絲杠上的防銹油不能太厚，否則試驗(yàn)結(jié)果將降低。絲杠最好有可伸縮的防護(hù)套。硬度塊只能在工作面上試驗(yàn)，硬度塊翻新后需重新標(biāo)定。

（3）加、卸荷應(yīng)平穩(wěn)，緩沖器有效，表針轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。

5 ?結(jié)語(yǔ)

本文說(shuō)明了鋁合金零件硬度值試驗(yàn)的目的和測(cè)量原理，以常用的洛氏硬度計(jì)為例，研究了當(dāng)前工藝水平下鋁合金零件硬度值試驗(yàn)技術(shù)的誤差來(lái)源，主要包括負(fù)荷、壓頭、測(cè)量機(jī)構(gòu)、試樣、試驗(yàn)條件、操作誤差，通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)分析誤差范圍，可以得出試驗(yàn)的誤差在±1.0HR范圍內(nèi)較為合理。最后提出了提高測(cè)量精度的建議。為民機(jī)鋁合金零件硬度值的測(cè)量以及超差處置提供參考和支持。

參考文獻(xiàn)

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