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硬度:里氏硬度详解

一、定义里氏硬度(Leeb hardness)是一种动态硬度试验方法。它是通过规定质量的冲击体在弹力作用下以一定速度冲击试样表面,用冲头在距试样表面 1mm 处的回弹速度与冲击速度之比计算出的硬度值。这个比值再乘以 1000 就得到里氏硬度值,单位是 HL。

二、原理:里氏硬度计的工作原理基于弹性冲击。当冲击体撞击被测材料表面时,会产生弹性变形。材料的硬度不同,其弹性变形的程度也不同。较硬的材料弹性变形小,冲击体回弹速度快;较软的材料弹性变形大,冲击体回弹速度慢。通过测量冲击体的回弹速度和冲击速度,就可以计算出材料的里氏硬度。

三、计算公式:

  1. 基本计算公式:里氏硬度(HL)是通过冲击体回弹速度(v<sub>R</sub>)与冲击速度(v<sub>A</sub>)之比乘以 1000 来计算的,其基本公式为:HL = 1000×(v<sub>R</sub>/v<sub>A</sub>)。

  2. 例如,当冲击体回弹速度为 2m/s,冲击速度为 3m/s 时,根据公式计算里氏硬度 HL = 1000×(2/3)≈667HL。

  3. 硬度值换算公式(与其他硬度的换算)

  4. 例如,对于某些金属材料,HV = e×HL + f(e 和 f 为系数)。这些系数通常是基于对特定材料的测试和研究确定的,在实际应用中,如果需要准确换算,需要参考相应的标准或者通过实验确定合适的系数。

    同样对于钢材料,有近似的换算公式。例如,HRC = c×HL + d(c 和 d 为根据材料等因素确定的系数)。不过这些换算公式在不同的材料和硬度范围内会有所差异,因为不同材料的弹性模量等物理性质不同,影响了硬度之间的转换关系。

    对于钢和铸钢,经验公式一般为 HBW = a×HL + b(a 和 b 为系数,不同材料系数不同)。如在一定范围内,a = 0.108,b = - 8.7,这个换算关系是通过大量实验数据拟合得到的。

    里氏硬度与布氏硬度(HBW)的换算

    里氏硬度与洛氏硬度(HRC)的换算

    里氏硬度与维氏硬度(HV)的换算

需要注意的是,由于材料的多样性和复杂性,这些换算公式只是近似的,在对硬度精度要求较高的情况下,最好还是通过标准的硬度测试方法来确定准确的硬度值。

四、国内标准:GB/T 17394.1-2014:《金属材料 里氏硬度试验 第 1 部分:试验方法》,规定了金属材料里氏硬度试验的方法,包括试验原理、符号及说明、试样、试验设备、试验程序以及试验结果的处理等内容 。

GB/T 17394.2-2022:《金属材料 里氏硬度试验 第 2 部分:硬度计的检验与校准》,明确了对里氏硬度计进行检验和校准的要求及方法,以确保硬度计测量的准确性和可靠性.

GB/T 17394.3-2022:《金属材料 里氏硬度试验 第 3 部分:标准硬度块的标定》,规范了用于里氏硬度试验的标准硬度块的标定程序和要求,保证了硬度块的准确性和一致性.

GB/T 17394.4-2014:《金属材料 里氏硬度试验 第 4 部分:硬度值换算表》,给出了里氏硬度与其他常见硬度(如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等)之间的换算关系,便于不同硬度值之间的比较和转换.

JJG 747:《里氏硬度计检定规程》,是里氏硬度计的计量检定依据,规定了里氏硬度计的检定项目、检定方法、检定条件、检定周期以及合格判定等内容,确保里氏硬度计的计量性能符合要求.

JB/T 9378:《里氏硬度计》,规定了里氏硬度计的技术要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输和贮存等,适用于便携式和固定式里氏硬度计.

DL/T 1845-2018:《电力设备高合金钢里氏硬度试验方法》,针对电力设备中使用的高合金钢材料,规定了其里氏硬度的试验方法,为电力行业对高合金钢硬度检测提供了标准依据.

T/SHZSAQS 00119-2022:《里氏硬度仪操作技术规程》,规定了里氏硬度仪的操作流程、注意事项、维护保养等技术要求,有助于操作人员正确使用和维护里氏硬度仪,提高测量结果的准确性和可靠性.

T/CFA 010604.3-2017:《铸钢件焊补部位横贯里氏硬度试验方法》,为铸钢件焊补部位的里氏硬度试验提供了具体的方法和要求,对于评估铸钢件焊补质量具有重要意义.

T/ZS 0336-2022:《里氏硬度法现场检测建筑钢材抗拉强度技术规程》,说明了如何使用里氏硬度法在现场对建筑钢材的抗拉强度进行检测,为建筑工程中钢材质量的现场检测提供了技术支持1.

T/ZJBX 03-2019:《现场金属材料硬度检测方法 D 型便携式里氏硬度测定法》,规定了使用 D 型便携式里氏硬度计对现场金属材料进行硬度检测的方法和要求14.

五、国际标准

ISO 16859-1:2015《金属材料 里氏硬度试验 第 1 部分:试验方法》,是国际标准化组织制定的关于金属材料里氏硬度试验方法的标准,与国内的 GB/T 17394.1-2014 类似,规定了试验的基本原理、操作步骤等内容,在国际上得到广泛应用.

ISO 16859-2:2015:《金属材料 里氏硬度试验 第 2 部分:测试设备的验证和校准》,对里氏硬度测试设备的验证和校准提出了要求,确保不同厂家生产的设备以及同一设备在不同时间的测量准确性和一致性,与国内的 GB/T 17394.2-2022 相对应14.

ISO 16859-3:2015:《金属材料 里氏硬度试验 第 3 部分:基准试验块的校准》,规定了里氏硬度试验中基准试验块的校准方法和要求,保证了试验块的硬度值准确可靠,类似于国内的 GB/T 17394.3-202215.

国外其他标准

ASTM A956/A956M-22《钢制品里氏 (Leeb) 硬度的标准试验方法》,由美国材料与试验协会制定,规定了钢制品里氏硬度的试验方法,包括试样的制备、试验设备的要求、试验步骤以及试验结果的报告等,适用于各种钢制品的里氏硬度检测1.

ASTM E140-12B(2019)e1:《金属的标准硬度换算表布氏硬度、维氏硬度、洛氏硬度、表面硬度、努氏硬度、硬度计硬度和里氏硬度之间的关系》,提供了里氏硬度与其他常见硬度之间的换算关系,方便在不同硬度测量方法之间进行比较和转换.

BS EN ISO 16859-1:2015、BS EN ISO 16859-2:2015、BS EN ISO 16859-3:2015:英国采用了国际标准化组织的 ISO 16859 系列标准,作为其金属材料里氏硬度试验的标准,内容与 ISO 标准一致,在英国及其他采用英国标准的国家和地区使用.

DIN EN ISO 16859-1:2016、DIN EN ISO 16859-2:2016、DIN EN ISO 16859-3:2016:德国也等同采用了 ISO 16859 系列标准,对金属材料里氏硬度试验的方法、设备校准以及标准硬度块校准等进行了规定,在德国及相关地区应用.

NF A03-156-1NF EN ISO 16859-1:2015、NF A03-156-2NF EN ISO 16859-2:2015、NF A03-156-3*NF EN ISO 16859-3:2015:法国同样采用了 ISO 16859 系列标准,作为其金属材料里氏硬度试验的标准,确保了法国在该领域的试验方法和要求与国际接轨

六、优点:便携性好:里氏硬度计体积小、重量轻,便于携带。例如,在野外对大型机械零部件或者建筑结构进行硬度检测时,可以很方便地将仪器带到现场操作。

操作简便其操作相对简单,对操作人员的专业要求不是特别高。一般只需要将冲击装置垂直地对准被测物体表面,按下测试按钮就可以进行测量。

对被测物体损伤小因为是弹性冲击,在材料表面留下的压痕非常小,对于一些表面质量要求高或者不允许有较大损伤的材料检测很合适,如一些精密机械零件或者装饰性的金属表面。

七、缺点:精度受多种因素影响测量精度会受到被测材料的表面粗糙度、材料的内部组织结构不均匀性、测试时冲击体的垂直度等因素的影响。例如,如果材料表面很粗糙,可能会导致冲击体的回弹受到干扰,使测量结果不准确。

需要校准里氏硬度计需要定期校准,以确保测量的准确性。而且不同的材料可能需要不同的校准方式,这增加了使用的复杂性。

7.1应用范围

金属材料检测广泛应用于钢铁、有色金属等各种金属材料的硬度检测。在机械制造行业,可以用来检测机床刀具、模具、齿轮等零部件的硬度。例如,在汽车制造中,对发动机的曲轴、连杆等部件进行硬度检测,确保其质量符合要求。

大型结构件检测对于大型的焊接结构、桥梁、压力容器等结构的硬度检测也很有用。在建筑行业,可以对钢结构建筑的梁柱等进行硬度监测,评估其力学性能和质量。

里氏硬度计.png

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