2022 年 4 月 25 日詹姆斯·M·克林頓
齒輪的制造必須能夠承受極端的力和具有挑戰(zhàn)性的條件，因此確定材料完整性的硬度測(cè)試是關(guān)鍵。了解不同的硬度測(cè)試類型和系統(tǒng)有助于確定最佳解決方案。硬度測(cè)試功能已經(jīng)發(fā)展，現(xiàn)在用戶可以撥入世界一流的口徑儀器，這些儀器更接近他們手頭的應(yīng)用程序。
硬度測(cè)試定義
今天使用的最常見的壓痕硬度測(cè)試之一是洛氏硬度測(cè)試，雖然不太廣泛，但也使用了布氏硬度測(cè)試和維氏硬度測(cè)試。大多數(shù)壓痕硬度測(cè)試測(cè)量的是當(dāng)被測(cè)材料被壓頭穿透時(shí)發(fā)生的變形。執(zhí)行洛氏硬度測(cè)試時(shí)，以指定的速率和停留時(shí)間向壓頭施加兩個(gè)級(jí)別的力。這與 Brinell 和 Vickers 測(cè)試不同，后者在壓痕過程之后測(cè)量壓痕的大小。材料的洛氏硬度基于測(cè)試周期中兩個(gè)特定時(shí)間的壓頭深度的差異。
無(wú)論使用何種洛氏標(biāo)尺或壓頭，整個(gè)洛氏測(cè)試程序都是相同的。當(dāng)今大多數(shù)較新的機(jī)器會(huì)自動(dòng)執(zhí)行整個(gè)測(cè)試。此外，當(dāng)不能留下標(biāo)記或壓痕時(shí)，可以使用無(wú)損超聲波技術(shù)。
洛氏硬度
在測(cè)試碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬和工程塑料的硬度時(shí)，可以使用數(shù)字洛氏臺(tái)式硬度計(jì)直接測(cè)量最流行的常規(guī)洛氏硬度標(biāo)尺，并可以將硬度值快速轉(zhuǎn)換為HB、HV , HK 和許多其他的尺度。理想的硬度測(cè)試儀功能包括獲得超精確結(jié)果的能力、寬測(cè)量范圍和刻度/可選擇的測(cè)試力能力。此外，自動(dòng)主試驗(yàn)力加載/卸載、高分辨率數(shù)字顯示和USB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)都非常有利。
用戶友好的觸摸屏界面可以加快操作速度，并且使用 USB 輸出到閃存驅(qū)動(dòng)器的能力非常適合數(shù)據(jù)移動(dòng)性。有施加重量負(fù)載的選項(xiàng)，例如在使用重量施加負(fù)載或使用閉環(huán)稱重傳感器施加重量負(fù)載的數(shù)字系統(tǒng)上。后者提供更高的精度和可重復(fù)性。對(duì)于重量加載系統(tǒng)，機(jī)器的水平非常重要，這樣重量才能正確下降。在使用稱重傳感器系統(tǒng)時(shí)，這是一個(gè)不太重要的問題。
該類別的硬度計(jì)符合 ASTM E-18 表面洛氏硬度標(biāo)準(zhǔn)，在所有表面洛氏硬度標(biāo)度中均具有出色的可重復(fù)性。表面洛氏硬度測(cè)試專為非常薄和柔軟的工件而設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)非常適合各種環(huán)境，包括檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室、熱處理設(shè)施、工具室、車間和實(shí)驗(yàn)室。為了獲得更多功能，雙胞胎硬度計(jì)能夠測(cè)試所有常規(guī)洛氏和表面洛氏硬度標(biāo)度。
海豚鼻系統(tǒng)允許對(duì)內(nèi)徑和外徑進(jìn)行硬度測(cè)試。這使得更容易接近測(cè)試齒輪、齒輪齒和其他難以接近的區(qū)域。該系統(tǒng)的尺寸通常比其他 Bench Rockwell 系統(tǒng)更大，提供更大的測(cè)試高度和深度。Dolphin 鼻子模型提供激活預(yù)加載系統(tǒng)的手動(dòng)手柄，或先進(jìn)的自動(dòng) z 軸預(yù)加載系統(tǒng)。使用自動(dòng)z軸預(yù)載系統(tǒng)，工件放置到測(cè)試位置后，操作者只需按下機(jī)器的啟動(dòng)按鈕即可完成測(cè)試過程。
布氏硬度
布氏硬度測(cè)試通常用于對(duì)硬度較低的金屬(例如鑄件)進(jìn)行非常大的多孔測(cè)試。當(dāng)今可用的臺(tái)式系統(tǒng)可以處理最流行的布氏硬度應(yīng)用，并采用最新的創(chuàng)新閉環(huán)技術(shù)。測(cè)試負(fù)載通過帶有稱重傳感器的閉環(huán)控制單元施加高達(dá) 3,000 kg 的重量負(fù)載、直流電機(jī)和電子測(cè)量和控制單元。結(jié)果是在高達(dá) 0.5% 的所有測(cè)試負(fù)載下進(jìn)行高精度的布氏硬度測(cè)量。消除了常見的負(fù)載過沖或下沖，也稱為傳統(tǒng)的自重或開環(huán)系統(tǒng)。沒有機(jī)械重量不僅消除了摩擦問題，而且使設(shè)備對(duì)振動(dòng)引起的不對(duì)中不敏感。該系統(tǒng)非常適合實(shí)驗(yàn)室、車間、
軟件驅(qū)動(dòng)的數(shù)字光學(xué)系統(tǒng)比配備多臺(tái)硬度試驗(yàn)機(jī)的手動(dòng)顯微鏡更具優(yōu)勢(shì)。連接到 PC、筆記本電腦或平板電腦后，操作員只需按下一個(gè)按鈕即可進(jìn)行自動(dòng)和即時(shí)測(cè)量。所有圖形都可以連同測(cè)試結(jié)果一起以 word 或 excel 格式保存。
維氏/努氏硬度
維氏/努氏硬度測(cè)試是在極薄/極小的工件上進(jìn)行的，通常用于在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中檢查層或小零件上的鍍層和涂層的硬度。此類測(cè)試需要高水平的準(zhǔn)備工作，包括但不限于高度拋光。
共有三種類型的轉(zhuǎn)塔控制，包括基本的手動(dòng)轉(zhuǎn)塔，用于從光學(xué)轉(zhuǎn)換為壓痕，然后再轉(zhuǎn)換為光學(xué)進(jìn)行測(cè)量。第二種類型包含自動(dòng)轉(zhuǎn)塔，使操作員可以通過測(cè)試儀鍵盤上的按鈕更自由地更改轉(zhuǎn)塔位置。最流行的維氏/努氏硬度計(jì)有一個(gè)轉(zhuǎn)塔控制選項(xiàng)，使用軟件通過使用校準(zhǔn)的自動(dòng)邊緣檢測(cè)的一鍵式過程控制整個(gè)測(cè)試。精密視頻和測(cè)量軟件還允許在軟件中單擊壓痕邊緣，然后在屏幕上得出硬度讀數(shù)。
微型維氏硬度計(jì)用于對(duì)小型精密零件、薄材料、表面硬化層和各種鋼部件進(jìn)行精確的硬度測(cè)試，使用的重量載荷低于 1 kg，而宏觀維氏硬度計(jì)使用的載荷更大，可達(dá) 50公斤。這種類型的測(cè)試彌補(bǔ)了表面 Rockwell 和 Micro Vickers 機(jī)器之間的差距。這些系統(tǒng)有一個(gè)手動(dòng)炮塔。
維氏硬度計(jì)通常在實(shí)驗(yàn)室類型的環(huán)境中操作，并且會(huì)進(jìn)行無(wú)損測(cè)試。需要高水平的表面光潔度準(zhǔn)備，并且測(cè)試過程很慢，盡管它可以自動(dòng)化。這種情況非常適合在后生產(chǎn)線過程中進(jìn)行齒輪檢查/測(cè)試。
海岸測(cè)試儀(硬度計(jì))
邵氏便攜式硬度計(jì)適用于測(cè)試橡膠、軟塑料和皮革等材料，還提供用于測(cè)試保齡球和安全帽等硬塑料的版本。用于測(cè)量邵氏 A 和邵氏 D 值的電子硬度計(jì)旨在舒適牢固地握在用戶手中。大型 LED 顯示屏和簡(jiǎn)單的 3 按鈕控制使該設(shè)備易于使用。
便攜式硬度計(jì)
便攜式硬度測(cè)試有兩種流行的數(shù)字方法。第一個(gè)是“動(dòng)態(tài)沖擊”，基于里氏硬度原理，由 DietMar Leeb 在 1970 年代開發(fā)。一個(gè)彈簧加載的沖擊體被推向測(cè)試表面，影響回彈。初始推力和回彈速度在非接觸模式下測(cè)量，計(jì)算為里氏硬度值，然后自動(dòng)轉(zhuǎn)換為洛氏 C、B、布氏、維氏和肖氏硬度值。此外，便攜式優(yōu)勢(shì)意味著可以將測(cè)試儀帶到工件上，這在測(cè)試大型和/或笨重的零件時(shí)特別有用。這種方法產(chǎn)生了高效、快速和準(zhǔn)確的便攜式硬度測(cè)試結(jié)果。
Starrett 數(shù)字羅克韋爾/表面羅克韋爾臺(tái)式硬度計(jì)具有全自動(dòng)加載/卸載程序，能夠提供高度準(zhǔn)確的讀數(shù)。
但是，當(dāng)必須避免工件上的標(biāo)記或壓痕時(shí)，超聲波檢測(cè)是一個(gè)很好的解決方案。先進(jìn)的無(wú)損便攜式硬度測(cè)試儀利用超聲波和超聲波接觸阻抗 (UCI) 技術(shù)，使便攜式硬度測(cè)試儀能夠測(cè)試小而薄工件上的特殊表面，而無(wú)需在表面留下標(biāo)記。這些裝置可以在所有尺度上測(cè)試薄至 2 毫米的金屬，無(wú)論是硬的還是軟的。UCI 技術(shù)可用于手動(dòng)和電動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)探針系統(tǒng)用于非常薄的涂層和鍍層測(cè)試，或具有非常高拋光光潔度的表面。
超聲波便攜式硬度計(jì)可能為齒輪檢查/測(cè)試提供了世界上最好的。可以從任何角度進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)進(jìn)入齒輪中經(jīng)常出現(xiàn)的非常狹窄的空間。因?yàn)闇y(cè)試可以無(wú)損地進(jìn)行，無(wú)論您是檢查材料還是鍍層，測(cè)試都可以在大多數(shù)金屬上不留下痕跡的情況下完成。UCI 測(cè)試的速度約為 2 秒。此外，可以使用夾具和支架將探頭固定到位，從而實(shí)現(xiàn)工作量自動(dòng)化，從而實(shí)現(xiàn)快速、連續(xù)的測(cè)試。
Starrett 3821 超聲波便攜式硬度計(jì)將無(wú)損測(cè)試齒輪齒，并且可以在大約兩秒內(nèi)讀取幾乎任何刻度。
UCI 基于振動(dòng)棒末端的 136 度金剛石以固定負(fù)載壓入測(cè)試表面。然后將超聲波振動(dòng)頻率的差異計(jì)算為硬度值。UCI 測(cè)試程序比動(dòng)態(tài)沖擊方式慢，但是 UCI 方法具有無(wú)損且能夠測(cè)試薄而小的工件的優(yōu)點(diǎn)。
以前，在此類樣品上進(jìn)行的破壞性壓痕對(duì)那些被測(cè)試的人來(lái)說(shuō)意味著垃圾堆。使用超聲波，這不再是結(jié)果。這些系統(tǒng)具有開放式架構(gòu)，可以校準(zhǔn)以讀取任何硬度等級(jí)的任何金屬，并使用參考樣品進(jìn)行初始校準(zhǔn)。超聲波便攜式硬度測(cè)試是齒輪、軸承、活塞和閥門等應(yīng)用的理想選擇。此類測(cè)試的關(guān)鍵行業(yè)包括航空航天、汽車和醫(yī)療零件以及刀片制造，僅舉幾例。