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硬度计分类

                            

前概

硬度计行业,在我国的机械行业当中属于一个小行业,其归属于仪器仪表行业的试验机行业。虽然硬度计属于一个小行业,但是,硬度计产品是一个涉及多学科的组合体,涵盖机械、电子、光学、液压、计算机等学科领域。现在,网络上对于硬度计的分类精彩纷呈、众口不一。现根据硬度计制造者的经验和经历,谈一谈关于硬度计的分类。

正确进行硬度计的分类,不仅仅是分类本身的事,对于生产厂家的硬度计产品命名至关重要,对于用户有针对性地选用适合自己的硬度计产品意义重大。尤其是一些新概念的前瞻性介绍,对于中国硬度计的未来发展具有抛砖引玉的作用。

按测量对象分类

金属硬度计:测试黑色金属、有色金属的硬度计。

非金属硬度计:包括:水果(果实、果品)硬度计、水泥硬度计(建筑行业也称硬度回弹仪)、牙齿硬度计、骨骼硬度计、塑料硬度计、橡胶硬度计、海绵硬度计、陶瓷硬度计、木材硬度计、石材硬度计、石膏硬度计等。

这个分类,并非是严格意义上的分类。其中部分金属硬度计也可以测量非金属对象,以洛氏硬度计为例,E标尺H标尺等可用于非金属测试对象的硬度测量。这个方面需要根据特殊行业的硬度检测标准而定。由此衍生出用于塑料硬度测量的洛氏硬度计、用于砂轮硬度测量的洛氏硬度计等等。

按硬度试验原理或发明人姓氏分类

分为:洛氏硬度计、维氏硬度计(也有人将显微硬度计从维氏硬度计里独立再分类)、布氏硬度计、邵氏硬度计、肖氏硬度计、里氏硬度计、摩氏硬度计、努氏硬度计、巴氏硬度计、韦氏硬度计等。

洛氏硬度计:用于各种钢材(含合金钢、不锈钢)硬度的测试。这是最重要的、最常用的一类硬度计。洛氏硬度检测法最初是由美国人洛克威尔(S.P.RocKwell和H.M.RocKwell)在1914年提出的。其原理是:在规定条件下,将压头(金刚石圆锥、钢球或硬质合金球)压入试样表面。卸除主试验力后,在初试验力下测量压痕残余深度,以压痕残余深度代表硬度的高低。其中,涵盖洛氏硬度、表面洛氏硬度的硬度计称其为全洛氏硬度计。

维氏硬度计:用于测黑色金属、有色金属、硬质合金(如铝合金)及表面渗碳、渗氮层的硬度,用HV表示。对于表面层很薄、硬度又较低的材料,要用小负荷维氏硬度计。维氏硬度试验方法是英国史密斯(R.L.Smith)和塞德兰德(G.E.Sandland)于1921年提出的。维氏硬度计的原理:将方锥形金刚石压入器压材料表面,保持规定时间后,用测量压痕对角线长度,再按公式来计算硬度的大小。它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。其中小负荷维氏硬度计适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定;显微维氏硬度,适用于金属箔、极薄表面层的硬度测定。

根据试验力大小,还可以将维氏硬度计细分为:维氏硬度计(试验力>5)、小负荷维氏硬度计(试验力0.2-5)、显微维氏硬度计(试验力<0.2)。

关于维氏硬度计,一般情况下是针对施加试验力<100kgf的,但是,也有特例。比如,最大试验力可达250kgf的大负荷维氏硬度计:

布氏硬度计:用于测未经淬火的钢材、铸铁、有色金属及质软的轴承合金材料硬度较高的工件布氏硬度值测量。由瑞典人布纳瑞(J.A.Brinell)首先提出,故称布氏硬度。布氏硬度计的工作原理: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,经规定的试验力保持时间后卸除试验力。以试样压痕球形表面积上的平均压力来表示金属的布氏硬度值。

其中,微小负荷硬度计是可用于测量碳纤维等材料布氏硬度的硬度计,试验力在31.25-1范围,目前已经进入研制阶段。

里氏硬度计:是便携式硬度计,用于不宜拆卸或较大产品的硬度值测量。1978年,瑞士人Leeb博士首次提出了一种硬度测试方法。里氏硬度计其原理是:具有一定质量的冲击体,在一定的试验力作用下冲击试样表面,测量冲击体距试样表面的冲击速度与回跳速度,利用电磁原理,感应与速度成正比的电压。

邵氏硬度计:用于橡胶、泡沫、塑类产品邵氏硬度值测量。我国在这方面标准不多,只有HA和HD两种,前者为较软橡胶类硬度参数,后者为较硬的橡胶或塑料硬度参数。其原理是:具有一定形状的钢制压头,在试验力作用下垂直压入试样表面,当压足表面与试样表面完全贴合时,压针尖端面相对压足平面有一定的伸出长度L,以L值的大小来表征邵氏硬度的大小,L值越大,表示邵尔硬度越低,反之越高。

韦氏硬度计:用于铝合金类产品韦氏硬度值测量。

巴氏硬度计:用于玻璃钢类产品巴氏硬度值测量。

肖氏硬度计:用于测定黑色金属和有色金属的肖氏硬度值。由英国人肖尔(Albert F.Shore)首先提出

按照硬度标尺数量分类

单一硬度计,只能测试一种硬度的硬度计。

多用硬度计,可以测试2种及以上硬度的硬度计。比如布洛维硬度计,可以打布氏、洛氏、维氏三种硬度的硬度计。

按照自动化程度分类

第一种手动硬度计,指手动机械式测试硬度计,大多是表盘指针显示的。

第二种半自动硬度计,嫁接了电动、数显、自动加卸荷等技术,在加卸荷、测量等方面实现了局部半自动化的硬度计,多数采用数显屏幕显示测试数据。

第三种全自动硬度计,自动完成加卸荷、自动测量、自动数据处理等程序的硬度计。

按照便携程度分类

第一种是便携式硬度计,具有携带方便、操作简单、检测迅速等特点,适用于已安装固定的永久性组装部件、模具型腔等试验空间很狭小的工件硬度测试、大型工件快速检验、压力容器、生产流水线上的硬度抽查测试。便携式硬度计多数属于机械式结构,也有采用机械结构加电子装置的,如里氏硬度计、肖氏硬度计、邵氏硬度计等等。

第二种是台式硬度计,体积较大不宜经常挪动,适合实验室、生产现场或工厂单独设立的质检部门使用,对普通便携式硬度计无法进行精确测量的细、小、薄的试样进行测量。此类仪器性能稳定,结构牢靠、安全,消除了人为操作误差,示值精度高、重复性好。检测要求生产工件较小,容易搬移,检测产品后会在产品上留下压痕。

第三种是大型的智能化在线自动检测硬度机,大型体积,镶嵌于流水线之中,不可搬动,属于特殊定制产品,基本没有通用互换性,适用于流水线上按照节拍生产的试件硬度测试。是否能够做到无人值守、按照流水线节拍工作自动测量等等,是判断其是否属于该类硬度机的重要衡量依据。

按照应用技术分类

压痕硬度计、超声波硬度计、磁涡流硬度计等。随着科学技术的发展,用于硬度计的技术将随之问世,该类硬度计将增加分类项目。

按照示值显示方式分类

分为表盘指针显示硬度计和数字显示硬度计。其中,数显硬度计又可分为液晶屏硬度计、计算机屏硬度计。

按照产地或生产区域分类

分为国产硬度计、进口硬度计。其中,国产硬度计分为山东硬度计(或莱州硬度计)、上海硬度计等等;其中,进口硬度计分为原装进口和伪进口两种。从严格意义上讲,引进技术、模仿外观、贴标销售产生的硬度计,仍然属于国产硬度计的范畴。

按照形状分类

分为:弓形体硬度计、摇臂式硬度计、门式硬度计

按照体量大小分类

分为:手提(便携)、普通、中型、大型。

手提式或称便携式硬度计,包括里氏硬度计、便携式洛氏硬度计、锤击布氏硬度计、肖氏硬度计、邵氏硬度计等,该类机型比较轻巧,操作者可单人携带,属于个位数公斤级硬度计产品。

普通硬度计主要指的是台式硬度计,该类机型中等体量,一两个人可以搬动,基本属于百位数公斤级硬度计产品。

中型硬度计主要指的是需要借助吊车等机械搬运的较大体量的硬度计,比如中型布氏硬度计,属于吨位级硬度计产品。

大型硬度计主要指的是十位数吨位级左右的在线硬度机等产品。

按照压痕测量方式分类

分为:深度法硬度计、面积法硬度计。比如,布氏硬度计包括压痕深度法测量和压痕面积法测量。

按照测量手段分类

分为读数显微镜、机上光学、液晶屏屏幕测量、计算机图像处理等测量方式的硬度计。

按照量程高度分类

分为:普通硬度计、加高硬度计

按照加卸荷方向分类

分为立式硬度计、卧式硬度计。现在用户中使用的硬度计,基本属于垂直加力的立式硬度计;基于内部机械结构中的硬度计主轴加卸荷机构集成化(俗称硬度头专利技术)后,使加力方向可以实现任意角度,使卧式硬度计成为现实可能。

按照试验力施加速度分类

静力试验法硬度计,这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的。硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。静态试验方法硬度计包括布氏、洛氏、维氏、努氏、韦氏、巴氏等。其中布、洛、维三种试验方法是应用最广的,它们是金属硬度检测的主要试验方法。

动力试验法硬度计,施加试验力的特点是动态和具有冲击力的,如里氏硬度计、肖氏硬度计、锤击布氏硬度计等。动态试验法主要用于大型的,不可移动工件的硬度检测。

按照试验力大小分类

宏观硬度试验法硬度计,试验力≧49.03N(≧5kgf)。大多数工作现场使用的布氏硬度计、洛氏硬度计均属于宏观硬度计。

小负荷硬度试验法硬度计,试验力1.961N-49.03N(0.2-5kgf)。

显微硬度试验法硬度计,试验力0.0098N-1.96N(0.001-0.2kgf)。维氏硬度计的衍生。

超显微硬度试验法硬度计,试验力<0.0098N(<0.001kgf)。

纳米级硬度试验法硬度计,试验力<50nN。现在,有专家建议将其命名微观硬度计。

超纳米硬度试验法硬度计,基于材料工业发展需要的,针对特殊材料硬度测量诞生的细微组织成分硬度测试的硬度计,目前正在试制应用阶段。

后三种硬度计,正处于研发、试制或试应用阶段。

按照试验温度分类

常温硬度计,在室温下进行。该类硬度计量大面广。

低温硬度计,在零度以下某一特定温度进行。

高温硬度计,在室温及以上某一特定温度进行。

按照试验场地分类

实验室硬度计,包括只能局限于实验室使用的硬度机、既可以在实验室也可在工作现场使用的硬度计两大类。其中,基准硬度机和工作基准硬度机或者标准硬度计,属于单纯的实验室硬度计。实验室硬度计有别于现场硬度计的一个最大区别,就是其对于测试环境包括温度等条件的适应性相对严格。实验室硬度计可用于现场预定测试,而现场硬度计一般情况下不能作为实验室硬度计使用。

现场硬度计,顾名思义是应用于生产工作现场使用的硬度计,对于现场环境的适应性比较强,包括便携式硬度计、台式硬度计、现场大型硬度计、智能化在线自动检测硬度机(简称在线硬度机)等。智能化在线自动检测硬度机属于现场硬度计,但是现场硬度计不能一概而论地称其为在线硬度计,这是许多厂家命名的误区,属于概念不清、分类错误。

按照硬度力值传递等级分类

工作硬度计,厂家用户、科研院所、大专院校等终端用户使用的硬度计。该类硬度计,需要按照规定,由上级的鉴定机构进行比对、鉴定。该类硬度计使用量巨大。

工作基准硬度机,是各省级计量院、第三方检测机构使用的,用于硬度力值二级比对传递的硬度计。该类硬度机,需要得到国家基准的授权、鉴定、力值传递和认可。该类硬度机,使用数量较小,随着各省级计量院的手段强化、第三方检测机构的兴起,正在处于逐步增加的阶段。

基准硬度机,国家计量院使用的权威硬度机。该类硬度机,是一个国家的基准,它向省级计量院等二级单位进行硬度基准传递。该类硬度机只有一台,或者还有一台副基准硬度机备用。

按照数据分析利用程度分类

局部数据分析硬度计,仅限于利用单点或者多点测试数据判别测试试件硬度指标是否合格,未对所有数据进行自动系统分析的硬度计。目前市场上的硬度计基本上属于该类。

基于大数据分析硬度计,在单点判别的基础上,充分利用已有系统大数据,借助相应的软件系统,进行整体数据的综合分析,判断其趋势走向等指数的硬度计。该类硬度计,正处于研发阶段。

按照网络利用分类

线下硬度计,未与互联网连接,仅利用自身的程序软件进行运行,目前的在用硬度计都属于该类。

线上硬度计,通过手机端、电脑端等软件平台,无人值守,可以远程控制完成整个硬度试验过程,包括具备硬度试验软件的远程升级、设备故障网络诊断、智慧连接、数据智能转换、云计算、大数据利用、认知层的自动解决问题、配置层通过计算机网络完成对人对物对计算机的重新配置或更改、硬度试验测量软件的自动评价检定等等功能。对于该类硬度计,能够意识到、预测到或者着手研究者凤毛麟角。


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