里氏硬度測(cè)試技術(shù)是國際上繼布、洛、維、肖氏硬度之后新發(fā)展的一種技術(shù)，依據(jù)里氏硬度理論制造的里氏硬度儀改變了傳統(tǒng)的硬度測(cè)試方法。由于硬度傳感器小如一只筆，可以手握傳感器在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)直接對(duì)工件進(jìn)行各種方向的硬度檢測(cè)，因此是其它臺(tái)式硬度儀所難以勝任的。自里氏硬度儀誕生以來，在國際上的普及程度越來越廣。在中國，里氏硬度技術(shù)已有初步發(fā)展，為了推廣這一先進(jìn)技術(shù)，參照國際標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)械工業(yè)部已頒布了"里氏硬度儀技術(shù)條件ZBN7l010-90"，國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局已頒布"金屬里氏硬度試驗(yàn)方法GB/T17394-1998"。 
一、什么是里氏硬度

里氏硬度的概念是由瑞士Dr.DietmarLeeb博士提出來的，它是一種動(dòng)態(tài)硬度試驗(yàn)法。硬度傳感器的沖擊體在與被測(cè)工件沖擊過程中，距工件表面1mm時(shí)的反彈速度與沖擊速度的比值乘以1000，定義為里氏硬度值，以HL表示里氏硬度計(jì)算公式如下：

HL=Vb/Va×1000

Vb:表示反彈速度

Va:表示沖擊速度

二、里氏硬度儀的特點(diǎn)

1、肖氏及里氏硬度均屬動(dòng)載測(cè)試法，但肖氏考察的是沖擊體反彈的垂直高度，因此決定了肖氏硬度儀要垂直向下使用，這勢(shì)必在實(shí)際使用中造成很大的局限性；而里氏就不同了，里氏考察的是沖擊體反彈與沖擊的速度，通過速度修正，可在任意方向上使用，極大地方便了使用者。

2、通常使用的布、洛、維氏硬度計(jì)．由于體積龐大，不便于在現(xiàn)場(chǎng)使用，特別是需測(cè)試大、重型工件時(shí)。由于硬度計(jì)工作臺(tái)無法容納，所以根本無法檢測(cè)。而里氏硬度儀無需工作臺(tái)，其硬度傳感器小如一只筆，可用手直接操作，無論是大、重型工件還是幾何尺寸復(fù)雜的工件都能容易地檢測(cè)。

三、里氏硬度的相關(guān)因素

里氏硬度試驗(yàn)法既然是動(dòng)載測(cè)試法，那么里氏硬度值必然與金屬材料的彈性模量E有關(guān)．而材料的不同所對(duì)應(yīng)的彈性模量也不同所以里氏硬度儀是按材料種類進(jìn)行分類測(cè)試的。

四、里氏硬度與其它硬度的轉(zhuǎn)換

里氏硬度值與其它硬度值(HRC、HRB、HB、HV、HSD)之間有對(duì)應(yīng)關(guān)系．因此可將里氏值(HL)轉(zhuǎn)換成其它硬度值．里氏硬度儀可通過機(jī)內(nèi)微電腦進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

五、里氏硬度與其它硬度的分類對(duì)比及檢測(cè)要求

從微觀形變上分類，布、洛、維氏硬度考察的是材料的塑性形變，表現(xiàn)為壓痕的大小或深度；里、肖氏硬度考察的是材料的彈性形變，表現(xiàn)為反彈速度的大小或高度。

六、里氏硬度儀對(duì)測(cè)量的要求

1、試樣表面的要求

測(cè)試面應(yīng)有金屬光澤，不應(yīng)有氧化皮及其它污物，表面粗糙度應(yīng)符合如下要求：

沖擊裝置類型試件表面粗糙度(um)

D、DC型≤1.6

G型≤6.3

C型≤0.4

2、試樣重量要求

試樣必須有足夠的質(zhì)量及剛性以保證在重建過程中不產(chǎn)生位移或彈動(dòng)，質(zhì)量應(yīng)符合如下要求：沖擊裝置類型試樣質(zhì)量(Kg)

穩(wěn)定放置固定或夾持需耦合

D、DC型>52～50.05～2

G型>155～150.5～5

C型>1.50.5～1.50.02～0.5

3、試樣厚度要求

試樣應(yīng)有足夠的厚度，最小厚度應(yīng)符合如下要求：沖擊裝置類型試樣最小厚度(mm)

D、DC型5

G型10

C型1

4、試樣具有表面硬化層，其硬化層深度應(yīng)符合如下要求：沖擊裝置類型表面硬化層深度

D、DC型≥0.8

C型≥0.2

5、對(duì)于凹、凸、圓柱面及球面試樣，其表面曲率半徑應(yīng)符合如下要求：沖擊裝置類型表面曲率半徑(mm)

D、DC型≥30

C型≥50

對(duì)于表面為曲面的試樣，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)闹苇h(huán)，以保證沖擊頭沖擊瞬間位置偏差在0.5mm之內(nèi)。

6、試樣不應(yīng)帶有磁性。

7、每個(gè)測(cè)量點(diǎn)間距應(yīng)大于3～4mm，不可在同一點(diǎn)上重復(fù)測(cè)試，否則會(huì)引起較大的誤差。同時(shí)會(huì)減短傳感器的使用壽命。

七、影響測(cè)試精度的幾個(gè)問題

由于里氏硬度儀是在動(dòng)態(tài)力作用下測(cè)定金屬硬度的，所以影響測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的因素比較多，故應(yīng)對(duì)這些因素如以一定的限制，主要包括:試驗(yàn)條件、試驗(yàn)對(duì)象、操作技術(shù)和數(shù)據(jù)處理等幾個(gè)關(guān)健環(huán)節(jié)，下面將就一些具體問題探討一下：

1、試件曲率對(duì)精度的影響，

在現(xiàn)場(chǎng)工作中，經(jīng)常遇到曲面的試件，各種曲面對(duì)硬度測(cè)試結(jié)果的影響不同，在正確操作的情況下，沖擊體落在試件表面瞬間的位置與平面試件相同，故通用支撐環(huán)即可。但當(dāng)曲率小到一定尺寸時(shí)，由于平面條件的變形和彈性狀態(tài)相差顯著，會(huì)使沖頭回彈速度偏低，從而使里氏硬度示值偏低。

2、數(shù)據(jù)換算產(chǎn)生的誤差

里氏硬度換算為其他硬度時(shí)的誤差包括兩個(gè)方面，一方面是里氏硬度本身測(cè)量誤差，里氏硬度換算為其他硬度時(shí)的誤差包括兩個(gè)方面，一方面是里氏硬度本身測(cè)量誤差，這涉及到按同一方法重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的分散和對(duì)于多臺(tái)同型號(hào)里氏硬度計(jì)的誤差。另一方面是比較不同硬度試驗(yàn)方法所測(cè)硬度產(chǎn)生的誤差，這是由于各種硬度方法之間不存在明確的物理關(guān)系，并受到相互比較中測(cè)量不可靠性影響的原因。

本儀器的硬度換算是自動(dòng)完成的，故可用布氏、洛氏、維氏、肖氏硬度標(biāo)準(zhǔn)塊直接確定硬度儀的換算誤差。

3、特殊材料引起為誤差

存儲(chǔ)在硬度儀中的換算表對(duì)以下鋼種可能產(chǎn)生偏差：

高合金鋼

◆所有奧氏體鋼

◆在高速鋼中，耐熱工具鋼和萊氏體鉻鋼(工具鋼類)硬質(zhì)材料(萊氏體碳化物，例如M7C3和M6C會(huì)引起彈性模量增加，從而使HL值偏低。這類鋼應(yīng)在橫截面上進(jìn)行測(cè)試。

◆局部冷卻硬化，例如由于切割或不適當(dāng)?shù)脑嚇又苽湟矔?huì)引起HL值偏高。

磁性鋼

◆在檢驗(yàn)磁性材料硬度時(shí)，由于磁場(chǎng)影響，會(huì)使HL值偏低，如磁場(chǎng)較強(qiáng)，建議不用此種測(cè)試方法。

表面硬化鋼

◆表面產(chǎn)生硬化的材料，尤其是經(jīng)表面處理的鋼，由于基體軟，會(huì)使HL值偏低，當(dāng)硬化層大于0.8mm時(shí)(C型沖擊裝置為0.2mm)，則不影響HL值。

對(duì)于特殊材料可用以下方法，自己建立對(duì)比關(guān)系。

◆試驗(yàn)面必須仔細(xì)制備

◆如不進(jìn)行耦合，選擇的試樣足寸盡可能大

◆試樣硬度在硬度儀換算范圍內(nèi)

◆用相應(yīng)測(cè)量范圍的硬度塊檢查靜態(tài)硬度計(jì)準(zhǔn)確性。

◆在試樣上用靜態(tài)硬度計(jì)測(cè)三個(gè)點(diǎn)，并在壓痕周圍用里氏變度儀測(cè)五個(gè)值，取其平均值。比較兩種方法測(cè)出的硬度值即可得出誤差范圍。也可用一組不同硬度試樣用上述方法繪出換算曲線。

4、齒輪檢測(cè)的誤差

一般情況下，里氏硬度儀對(duì)于模數(shù)大于7的齒輪齒面的檢測(cè)是可以保證精確度的，但齒輪模數(shù)小于7時(shí)，由于齒面較??；測(cè)試誤差相對(duì)較大，對(duì)此，用戶可根據(jù)情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的工裝，將有利于減小誤差。

5、材料彈性、塑性的影響

里氏值除與硬度、強(qiáng)度相關(guān)外，更與彈性模量有關(guān)，硬度值是材料硬度和塑性的特征參數(shù)，因?yàn)閮烧叩某煞直厝皇枪餐瑴y(cè)定的。

在彈性部分，首先明顯受E模量影響，在這方面當(dāng)材料的靜態(tài)硬度相同，而E值大小不同時(shí)。E值低的材料，HL值較大。

根據(jù)材料的彈性模量。合金類型及熱處理狀態(tài)可以對(duì)各種材料分類。

6、熱軋方向造成構(gòu)誤差

當(dāng)被測(cè)工件系熱軋工藝成型時(shí)，如果測(cè)試方向與軋制方向一致，會(huì)因彈性模量"E"偏大而造成測(cè)試值偏低，故測(cè)試方向應(yīng)垂直于熱軋方向。

例如：測(cè)圓柱件截面硬度時(shí)，應(yīng)在徑向測(cè)試為好(一般圓柱件熱軋方向?yàn)檩S向)。

7、其它因素的影響

對(duì)管件測(cè)試時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：

◆管件注意穩(wěn)固支撐

◆測(cè)試點(diǎn)應(yīng)靠近支撐點(diǎn)且與支撐力平行

◆管壁較薄時(shí)在管內(nèi)放入適當(dāng)芯子

在熱處理過程中，有時(shí)會(huì)造成金屬材質(zhì)發(fā)生改變（如20Cr鋼經(jīng)滲碳-淬火后由合金結(jié)構(gòu)鋼變成低合金工具鋼），在此情況下，應(yīng)注意選擇適當(dāng)?shù)慕饘俨牧稀?

工件本身的硬度離散性也造成試值誤差，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析硬度分布，合理解釋試值誤差。操作方法、試樣制備、探頭配置如不正確，也會(huì)造成誤差。

總之：所有硬度計(jì)都不是萬能的、不是能夠解決所有問題、完美無瑕的！而便攜式里氏硬度計(jì)，測(cè)值簡易、痕跡小、硬度值測(cè)量廣泛、攜帶方便，不受空間、方位等限制，是臺(tái)式硬度機(jī)的有益補(bǔ)充和擴(kuò)展！在模具，軋輥、容器制造、鍛壓等行業(yè)大有蔓延的趨勢(shì)，不可忽視其流行的作用！

維氏硬度試驗(yàn)方法是英國史密斯(R.L.Smith)和塞德蘭德(G.E.Sandland)于1921年提出的。英國的維克斯-阿姆斯特朗(Vickers-Armi)公司試制了臺(tái)以此方法進(jìn)行試驗(yàn)的硬度計(jì)。維氏硬度計(jì)是光機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，該機(jī)器造型新穎，具有良好的可靠性、可操作性和直觀性，是采用精密機(jī)械技術(shù)和光電技術(shù)的新型維氏和努普硬度測(cè)試儀器。

試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)

1、優(yōu)點(diǎn):

維氏硬度計(jì)用于較薄的維氏硬度值測(cè)量。采用正四棱錐體金剛石壓頭，在試驗(yàn)力作用下壓入試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面壓痕對(duì)角線長度。維氏硬度計(jì)試驗(yàn)的壓痕是正方形，輪廓清晰，對(duì)角線測(cè)量準(zhǔn)確，因此維氏硬度試驗(yàn)是常用硬度試驗(yàn)方法中精度高的，同時(shí)它的重復(fù)性也很好，這一點(diǎn)比布氏硬度計(jì)優(yōu)越。

維氏硬度計(jì)試驗(yàn)測(cè)量范圍寬廣，從很軟的材料(幾個(gè)維氏硬度單位)到很硬的材料(3000個(gè)維氏硬度單位)都可測(cè)量。

維氏硬度計(jì)試驗(yàn)大的優(yōu)點(diǎn)在于其硬度值與試驗(yàn)力的大小無關(guān)，只要是硬度均勻的材料，可以任意選擇試驗(yàn)力，其硬度值不變。這就相當(dāng)于在一個(gè)很寬廣的硬度范圍內(nèi)具有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)尺。這一點(diǎn)又比洛氏硬度試驗(yàn)來得優(yōu)越。

在中、低硬度值范圍內(nèi)，在同一均勻材料上，維氏硬度試驗(yàn)和布氏硬度試驗(yàn)結(jié)果會(huì)得到近似的硬度值。維氏硬度計(jì)試驗(yàn)的試驗(yàn)力可以小到10gF，壓痕非常小，特別適合測(cè)試薄小材料。

2、缺點(diǎn)

維氏硬度計(jì)試驗(yàn)效率低，要求較高的試驗(yàn)技術(shù)，對(duì)于試樣表面的光潔度要求較高，通常需要制作專門的試樣，操作麻煩費(fèi)時(shí)，通常只在實(shí)驗(yàn)室中使用。

常見故障與調(diào)修

硬度計(jì)的種類較多，在工礦企事業(yè)和科研單位中應(yīng)用普遍的以金屬洛氏、布氏、維氏硬度計(jì)為主，其中金屬洛氏和金屬布氏硬度計(jì)相對(duì)于金屬維氏硬度計(jì)結(jié)構(gòu)簡單。常見故障的調(diào)修并不是很困難。下面就金屬維氏硬度計(jì)常見故障調(diào)修介紹如下。

根據(jù)多年來的工作實(shí)踐，在檢定和修理工作開始前應(yīng)先從調(diào)整工作臺(tái)的水平入手，然后觀察主軸、杠桿、升降絲桿、緩沖機(jī)構(gòu)及測(cè)量裝置是否正常、靈活。保證對(duì)設(shè)備性能有一基本了解。然后再針對(duì)出現(xiàn)的情況逐一解決。

(1)加荷指示燈、測(cè)量顯微鏡燈不亮

先檢查電源是否接好，然后檢查開關(guān)、燈泡等。如排除這些因素后還不亮，就要看看負(fù)荷是否全部加上或彈簧開關(guān)是否正常。排除之后仍不正常，就必須從線路(電路)入手逐步排查。

(2)測(cè)量顯微鏡內(nèi)渾濁，看不到或看不清壓痕

這應(yīng)從調(diào)整顯微鏡焦距和燈光入手，調(diào)整之后仍不清楚，則應(yīng)分別轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡和目鏡，并分別移動(dòng)鏡內(nèi)帶虛線、實(shí)線、刻線的三塊平鏡，仔細(xì)觀察問題出在哪一塊鏡面上，然后卸下，用長纖脫脂棉沾無水酒精擦洗干凈，按相反順序裝好后觀測(cè)，如仍未解決，則送修或更換測(cè)微顯微鏡。

(3)壓痕不在視場(chǎng)內(nèi)或稍轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)，壓痕位置變化很大

出現(xiàn)這種情況的原因是由于壓頭、測(cè)量顯微鏡、工作臺(tái)三者軸心不同造成的。由于壓頭固定在工作軸底端，因此按以下順序分別調(diào)整。①調(diào)整主軸下端的活動(dòng)間隙，以導(dǎo)向座下端面不直接接觸主軸錐面為準(zhǔn);②調(diào)整轉(zhuǎn)軸側(cè)面螺釘使工作軸和主軸同(軸)心，調(diào)好后，在試塊上壓出一壓痕，觀察其在顯微鏡中位置，并記錄;③輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)(保證試塊在工作臺(tái)上不移動(dòng))在顯微鏡下找出試塊上不轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)點(diǎn)，此點(diǎn)即為工作臺(tái)軸心;④稍松開升降絲桿壓板上的螺釘和底部螺絲，輕移整個(gè)升降絲桿，使工作臺(tái)軸心與測(cè)量顯微鏡中記下壓痕的位置重合，然后固緊壓板螺釘和調(diào)整螺絲，壓出一壓痕相互對(duì)照。重復(fù)以上步驟，直至完全重合為止。

(4)檢定時(shí)示值超差的原因及解決辦法

①測(cè)量顯微鏡標(biāo)尺不準(zhǔn)。用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)微尺進(jìn)行檢查。如不準(zhǔn)可送修或更換。

②金剛石壓頭缺損。用80倍立體顯微鏡觀察，看其是否符合金剛石壓頭檢定規(guī)程規(guī)定。如有缺損更換壓頭。

③負(fù)(載)荷超出規(guī)程要求或負(fù)荷不穩(wěn)，用小負(fù)荷三等標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力計(jì)檢查。如負(fù)荷超出要求(±1.0%)但方向一致，這種情況是杠桿比例發(fā)生變化，可松開主軸保護(hù)帽，轉(zhuǎn)動(dòng)力點(diǎn)觸頭，調(diào)整載荷(杠桿比)，調(diào)整好后固緊。如載荷不穩(wěn)，可能是力點(diǎn)刀刃變鈍、支點(diǎn)鋼球磨損或工作軸與主軸不同心、工作軸內(nèi)有較大摩擦等原因造成。這時(shí)檢查刀刃及鋼球，如變鈍或磨損，應(yīng)修整或更換。檢查工作軸并清洗，一定要注意配齊軸周鋼球，同(軸)心的調(diào)整見步驟3。

(5)加荷時(shí)有沖擊現(xiàn)象

這種情況的發(fā)生與緩沖器油太少或油太臟有關(guān)。加滿油或清洗緩沖器后一般就可解決

故障類型:

1.加荷指示燈、測(cè)量燈不亮的故障;

2.測(cè)量顯微鏡內(nèi)渾濁，看不到或者看不清壓痕;

3.壓痕不在神志內(nèi)或稍轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)，壓痕位置變化比較大。

解決方法

1.先要檢查電源是否接好，然后再檢查開關(guān)，燈泡等，如果排除這些因素還是不亮的話，就要看看負(fù)荷是否全部加上或者彈簧開關(guān)是否正常。

2.這要從調(diào)整顯微鏡焦躁和燈光入手，調(diào)整之后仍然不清楚，則要分別轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡和目鏡，并分別移動(dòng)鏡內(nèi)帶虛線、實(shí)線、刻線的三塊平鏡，仔細(xì)的觀察問題出在哪一塊鏡面上，然后卸下，用張纖脫脂棉沾無水酒精擦拭干凈。

3.對(duì)于出現(xiàn)這種情況的原因是由于壓頭，測(cè)量顯微鏡、工作臺(tái)三者軸心不同所造成的，只要按照說明書按順序分別調(diào)整下就可以了。