淺析零件表面洛氏硬度范圍

陳麗君，張道譜

（東風(fēng)格特拉克汽車變速箱有限公司，湖北 武漢 430000）

引言

洛氏硬度HR'是機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的一種標(biāo)識(shí)零部件表面硬度的計(jì)量單位。洛氏硬度是以壓痕塑性變形深度來確定硬度值的指標(biāo)，以0.002 毫米作為一個(gè)硬度單位[2]。洛氏硬度有A，B，C 等不同的標(biāo)尺，分別表示用不同的載荷力和壓頭測(cè)試得到的表面硬度值。洛氏硬度雖然使用廣泛，但是很多設(shè)計(jì)人員對(duì)零部件表面硬度值的范圍定義和硬度計(jì)的檢測(cè)誤差沒有深入的了解和認(rèn)知。范圍值定義太窄，成本過高，影響批量生產(chǎn)；范圍值定義太寬，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量管控過于嚴(yán)格，沒有實(shí)際意義。

本文根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合機(jī)械行業(yè)常用熱處理氣氛爐的工藝水平，以及洛氏硬度檢定設(shè)備計(jì)量水平，給出適用于批量生產(chǎn)的零件表面硬度值范圍，并且有利于實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量的管控。

1 實(shí)例

現(xiàn)某公司產(chǎn)品圖紙定義表面滲碳淬火，硬度要求78 HRA～81HRA。供應(yīng)商檢測(cè)判定合格，客戶方抽檢發(fā)現(xiàn)有產(chǎn)品超差，判定不合格。產(chǎn)品不能正常裝配使用，影響生產(chǎn)。

1.1 參考標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《JJG113—標(biāo)準(zhǔn)金屬洛氏硬度塊》[1]，對(duì)于高硬度A 標(biāo)尺標(biāo)準(zhǔn)塊，其均勻度不大于0.4HRA，穩(wěn)定性不大于0.4HRA。

根據(jù)《GB/T230.2—金屬材料 洛氏硬度試驗(yàn)》[2]，A 標(biāo)尺洛氏硬度計(jì)相對(duì)于高硬度標(biāo)準(zhǔn)塊，允許的校準(zhǔn)誤差為±1.5HRA，允許的校準(zhǔn)重復(fù)性為0.8HRA。

這表示，硬度計(jì)在用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊校準(zhǔn)時(shí)，在硬度計(jì)的重復(fù)性合格的前提下，其測(cè)量平均值與標(biāo)準(zhǔn)塊的標(biāo)示值相差在±1.5HRA 以內(nèi)，可認(rèn)為硬度計(jì)是合格的。如果一方的硬度計(jì)處于極限上差，另一方處于極限下差，則雙方的硬度計(jì)偏差就能達(dá)到3HRA，已經(jīng)覆蓋了圖紙的定義范圍。說明圖紙給定的78HRA～81HRA 理論上不能存在制造誤差，這樣不符合實(shí)際制造情況。

1.2 加工工藝

供方采用的是熱處理氣氛爐進(jìn)行滲碳淬火，設(shè)備型號(hào)：豐東UBE-600。經(jīng)多次調(diào)試后，最終溫度控制曲線如下：

表1 溫控曲線主要參數(shù)

硬度計(jì)在用于檢測(cè)零件硬度之前，須先用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)硬度塊標(biāo)示值82.4HRA，硬度計(jì)進(jìn)行五次檢測(cè)，顯示測(cè)量值為：

表2 供方硬度計(jì)校準(zhǔn)

經(jīng)計(jì)算，供方硬度計(jì)的校準(zhǔn)誤差為-0.64HRA，校準(zhǔn)重復(fù)性為0.6HRA，符合《GB/T230.2—金屬材料 洛氏硬度試驗(yàn)》[2]要求。

用校準(zhǔn)后的硬度計(jì)測(cè)量產(chǎn)品表面硬度，測(cè)量數(shù)據(jù)如下：

圖2 供方硬度檢測(cè)數(shù)據(jù)

其中，最大值80.2HRA，最小值78.2HRA，二者極差為2HRA。

由于硬度計(jì)在校準(zhǔn)時(shí)，每次測(cè)量的結(jié)果都不一定相同。因此，不能將硬度計(jì)的校準(zhǔn)誤差補(bǔ)償?shù)阶罱K的零件測(cè)量結(jié)果中。

客戶方對(duì)零件進(jìn)行復(fù)檢。同樣使用標(biāo)示值82.4HRA 的硬度塊校準(zhǔn)硬度計(jì)，同樣進(jìn)行五次測(cè)量，顯示測(cè)量值為：

表3 客戶方硬度計(jì)校準(zhǔn)

經(jīng)計(jì)算，客戶方硬度計(jì)校準(zhǔn)誤差為-0.32HRA，校準(zhǔn)重復(fù)性為0.3HRA。同樣符合《GB/T230.2—金屬材料 洛氏硬度試驗(yàn)》[2]要求。

用校準(zhǔn)后的硬度計(jì)測(cè)量產(chǎn)品表面硬度，客戶方檢測(cè)零件表面硬度值如下：

圖3 客戶方硬度檢測(cè)數(shù)據(jù)

其中最大值79.7HRA，最小值77.6HRA，二者極差值2.1HRA，且部分?jǐn)?shù)據(jù)已超出圖紙限定范圍。

從雙方的檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，對(duì)于同樣的零件，即使雙方的硬度計(jì)都符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)結(jié)果也存在較大差距，并且會(huì)影響最終的產(chǎn)品合格性判定。

1.3 設(shè)備檢定

供方熱處理氣氛爐是按照《GB/T30825 熱處理溫度測(cè)量》[3]中定義的Ⅱ類熱處理爐和B 型儀表系統(tǒng)定制，經(jīng)安裝調(diào)試和系統(tǒng)精度校驗(yàn)，均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品制造過程也有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，符合工藝追溯性要求。

供方硬度計(jì)在不同時(shí)期內(nèi)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)如下：

表4 供方硬度計(jì)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（單位：HRA）

從上表可知，在不同時(shí)期內(nèi)硬度計(jì)的校準(zhǔn)都合格，但是相對(duì)于同一標(biāo)準(zhǔn)塊，其校準(zhǔn)誤差也存在較大的波動(dòng)。由于硬度計(jì)的波動(dòng)原因已有相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行說明[4-5]，本文在此不再贅述。

1.4 建議范圍值

綜合國(guó)家硬度標(biāo)準(zhǔn)的要求，根據(jù)硬度計(jì)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)塊的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，和常用熱處理氣氛爐工藝水平，為了適用于大批量生產(chǎn)，建議對(duì)零件表面高硬度要求的范圍值應(yīng)給4HRA～5HRA 的公差帶。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)洛氏硬度相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的說明，同時(shí)展示了行業(yè)內(nèi)常用的熱處理氣氛爐的工藝水平，給出了零件表面硬度的范圍，對(duì)于圖紙?jiān)O(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。另外，隨著熱處理真空爐的普及，是否會(huì)提升零件表面硬度的工藝水平，還有待于后續(xù)的調(diào)查。