里氏硬度计检测转轴硬度误差分析

里氏硬度计检测转轴硬度误差分析

针对目前生产现场使用里氏硬度计测量转轴硬度中存在误差的情况，文章介绍验证里氏硬度计与布氏硬度计两种检测硬度差值的结果，并提出后续转轴硬度检测过程中的解决方案。

标签：电机转轴；硬度测量；热处理；误差；对比

引言

随着现代科学技术的发展和我国制造业的产业升级，对节能环保型的高效电机需求量越来越大；其中电机转轴是高效电机的核心部件，工作环境恶劣，转轴的机械性能要求高，其中硬度就是产品制造过程中的重要性能指标，本文所介绍产品转轴的硬度100%必须进行检测，由于布氏硬度计主要用于检测试件硬度的局限性，而检测大型实物不实用，因而选用轻便实用的里氏硬度计进行检测，能快速得出检测结果，从而广泛用于现代工厂的生产过程中；然而在硬度检测时发现，使用里氏硬度计虽然能快速得出数据，但检测的硬度值普遍低于布氏硬度计所检测的值，不能真实地反映出转轴产品的硬度，在一定程度上给判定转轴的实际硬度状态造成影响，所以本文以实物转轴调质后，用布氏硬度计和里氏硬度计来测量转轴硬度值进行对比分析，研究解决方案。

1 里氏硬度计和布氏硬度计的基本原理

（1）里氏硬度计基本原理是具有一定质量冲击体在一定试验力作用下冲击试样表面，测量冲击体距离试样表面1mm处冲击速度和反弹速度，利用电磁原理，感应与速度成正比的电压。里氏硬度值以冲击体反弹速度与冲击速度之比来表示。

（2）布氏硬度计的基本原理是把一定直径的钢球，在一定试验力作用下，以一定的速度压入试样表面，经规定的试验保持时间后卸除试验力，被测试样表面得到一个球形压痕，再用读数显微镜测量球形压痕的最大直径，然后在布氏硬度表中查找相应的硬度值，即被测试样的硬度值。布氏硬度计（HB）实践中多用于测量退火、正火以及调质处理的结构钢工件，可靠性高，测量重复性好，尤其在发生有关硬度测试问题纠纷时，多用布氏硬度计作为仲裁依据。

2 转轴技术状态

电机转轴材质：40CrNiMo，调质后的机械性能要求：抗拉强度≥980MPa，屈服强度≥835MPa，延伸≥12%，断面收缩≥55%，AKU2>78J，同时φ36mm轴外圆段（位置见图1）等部位硬度要求34-40HRC；为满足硬度要求并保证整个轴机械性能的连续性，经研究热处理采用整体调质处理达到所需性能要求。

3 热处理过程简介

（1）转轴热处理调质生产流程为：淬火-清洗-回火。

（2）热处理主要实施过程：转轴装框进主炉，主炉为可控气氛箱式多用炉设备，在保护气氛下加热保温并自动淬火处理，淬火油为好富顿快速G油；然后自动清洗，再自动进行回火；全过程采用程序自动控制，最大限度减少了人为因素影响。

4 测量设备

硬度测量设备采用里氏硬度计TH160和布氏硬度计HB-3000B。考虑到产品受检测部位余量不多，布氏硬度计宜采用750kgf的载荷，钢球直径为5mm的硬质合金球，载荷保持15s。

5 测量数据及分析

（1）转轴热处理调质完成后，为避免因测量位置表面粗糙度、曲率半径等因素影响测量准确性，将被测位置图1的φ36、φ85、φ55轴外圆打磨抛光一个小平面便于检测，轴平放于平台上，φ85两头用两块V型铁支撑，使用里氏硬度计测量三处外圆部位，每次检测必须更换检测点，数据如下表1所示：

（2）通过上表的数据分析，直径较大的φ85部位硬度值明显大于直径较小φ36部位硬度值，而整件转轴是整体在同一设备加热保温并同时淬火，在一个回火设备回火处理，全过程都是自动控制；因此需要对φ36部位的硬度真实值进行验证，同时使用布氏硬度计及里氏硬度计测量φ36轴段外圆的硬度，并对两者的硬度值进行对比分析。

（3）硬度对比分析

a.里氏硬度计直接测量图示φ36位置硬度，该位置未垫V型块，下方悬空。

b.为防止里氏硬度计直接测量φ36位置硬度不准确，转

轴下方垫放V型块进行检测。

c.布氏硬度计检测φ36外圆，测量总共进行了三次，每个测试点为φ36圆截面上互相成90度角上的三个点，每个位置都打磨抛光一处小平面，得到三个布氏硬度值。

d.对上述三次φ36外圆硬度测量数据进行汇总对比分析，如表2所示。

通过上述测量数据表明，使用里氏硬度计测量φ36外圆的硬度值并不准确，其与布氏硬度计测量出来的硬度数值相差太大，并且在进行里氏硬度计硬度测量时应尽量保证测量位置的相对稳固。

e.按同方式对φ55段外圆硬度测量对比，见表3。

备注：表3中布氏硬度计测量数据的HRC通过查阅《黑色金属硬度及强度换算表》换算成HRC。

通过上述测量数据表明，里氏硬度计在进行测量φ55段外圆硬度值时数据与布氏硬度计测量数据基本相符。

6 结论

（1）对于不同轴径的转轴，检测轴两端直径较小外圆上硬度时，往往里氏硬度计检测的数据值与真实值相差较大。

（2）对于不同轴径的转轴，需要检测两端直径较小外圆上硬度值，建议在长度方向留有一定的余量，采用本体取样的方式，利用其他硬度计（如布氏、洛氏等）作为硬度最终检测依据。

（3）便携式里氏硬度计在检测调质硬度时还受表面光洁度，检测段是否悬空等因素影响，造成硬度值检测重复性差，可靠性低。

综上所述，当使用里氏硬度计测量转轴的洛氏硬度时，要严格按操作程序正确操作，必要时要对所测得的值进行修正，這樣才能准确的得出转轴的硬度值。

参考文献：

[1]GB/T231.1-2009.布氏硬度计检测方法[S].

[2]GB/T1172-1999.黑色金属硬度及强度换算表[S].

[3]JB/T6050-2006.硬度的测量方法[S].

[4]GB/T4340.1-2009.金属维氏硬度检测方法[S].