CN113176160A - 一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法，包括制作多个不同硬度的标准块；对每个标准块利用标准维氏硬度机进行测试，得出维氏硬度值；对每个标准块利用标准布氏硬度机进行测试，得出布氏硬度值；对每个标准块的硬度进行测试，得到各个标准块的均速回弹硬度值；建立维氏硬度值‑均速回弹硬度值、布氏硬度值‑均速回弹硬度值的硬度换算表或者硬度对比曲线；被检材料进行均速回弹硬度试验，得到被检材料的均速回弹硬度值，查硬度换算表或者硬度对比曲线，得出被检材料对应的维氏硬度值、布氏硬度值。该方法可降低空气阻力、构件摩擦力、自身重力等的影响，能更加准确反应材料的真实硬度，大幅度提高现场硬度检测的准确度。

Description

一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法
技术领域
本发明涉及硬度测量领域，具体涉及一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法。
背景技术
硬度是衡量材料软硬程度的一项重要的性能指标，是材料弹性、塑性、强度、韧性等力学性能的综合性指标。硬度实验根据测试方法不同可分为静压法(如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等)、划痕法(如莫氏硬度)、回跳法(如肖氏硬度、里氏硬度)。其中里氏硬度由于测试简单、便捷、迅速，仪器设备及方法成熟，大量应用于现场金属材料的硬度监督检验中。
现有里氏硬度试验方法是一种动态硬度试验法，归属于回跳法，其基本原理是不同硬度的材料，对于同一冲击体的回弹速度不一样；材料硬度越大，回弹速度越大。里氏硬度试验的科学定义为：用规定质量的冲击体在弹簧力作用下以一定速度垂直冲击试样表面，以冲击体在距试样表面1mm处的回弹速度(VR)与冲击速度(VA)的比值来表示材料的里氏硬度。
计算公式为：
HL＝1000·VR/VA
式中：
HL－里氏硬度值，HL
VR－回弹速度，m/s
VA－冲击速度，m/s
里氏硬度计是一种测试材料里氏硬度的仪器，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1mm处的冲击速度与回弹速度。速度的测量是利用电磁感应原理，测量感应出与速度成正比的电压来实现的。
由上可知，冲击速度是施加的前置初始量，回弹速度直接与材料的软硬程度相关，冲击速度与回弹速度测试的准确性，决定了检测***的准确度。无论冲击速度与回弹速度，现有里氏硬度试验方法是测量距试样表面1mm处的瞬时速度。而里氏硬度计的冲击装置在冲击试样表面及回弹的过程中，会受到空气阻力、构件摩擦力、自身重力等外界因素的影响。回弹速度在试样表面时最高，回弹过程中逐渐降低；冲击速度在离开冲击装置时最高，到达试样表面时最低。
VR为冲击体在距试样表面1mm处的回弹速度，VA为冲击体在距试样表面1mm处的冲击速度。设定VR0为冲击体刚刚离开试样表面时的瞬时回弹速度，VA0为冲击体在刚刚到达试样表面时的瞬时冲击速度。可知，VR0>VR，VA0<VA。在试样表面，测试***受到的空气阻力、构件摩擦力、自身重力等外界因素的影响最小，基于VR0、VA0建立的材料的硬度对应关系准确度最高。但由于目前技术条件所限，获得冲击体在试样表面的瞬时冲击速度、瞬时回弹速度会显得困难或者说不经济。但可以通过现有技术手段测量冲击体通过试样表面1mm的时间来获得相应的平均速度。设：
VRA为冲击体在试样表面1mm内的平均回弹速度，则VR0>VRA>VR。
VAA为冲击体在试样表面1mm内的平均回弹速度，则VA>VAA>VA0。
获得的平均速度比距在试样表面1mm处的瞬时速度更加接近在试样表面的瞬时速度。如果用VRA代替VR，VAA代替VA，建立基于冲击体在试样表面1mm内的平均速度与材料的硬度之间的特征关系，就更能反应材料的真实硬度，减少固有误差，大幅度提高检测***的准确度。
发明内容
针对现有的里氏硬度检测过程存在的问题，本发明提供了一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法。
本发明采用以下的技术方案：
一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法，包括硬度计冲击装置，硬度计冲击装置包括涡流信号分析仪和冲击组件，涡流信号分析仪和冲击组件电连接，所述冲击组件包括加载套，加载套的上部连接有释放按钮，加载套的底部连接有导管，导管的底部连接有涡流线圈组件；
所述加载套内设置有弹簧机构，弹簧机构上连接有冲击体；
所述涡流线圈组件包括涡流线圈本体，涡流线圈本体的上部设置有定距线圈和基准线圈，定距线圈位于基准线圈的上部，定距线圈与基准线圈之间有间距；
所述冲击体上设置有人工刻槽，冲击体能够穿过涡流线圈本体上的定距线圈和基准线圈，冲击体上的人工刻槽能与定距线圈和基准线圈产生涡流信号；
试验方法包括以下步骤：
步骤1：制作多个不同硬度的标准块；
步骤2：对每个标准块利用标准维氏硬度机进行测试，得出各个标准块的维氏硬度值；
步骤3：对每个标准块利用标准布氏硬度机进行测试，得出各个标准块的布氏硬度值；
步骤4：利用硬度计冲击装置对每个标准块的硬度进行测试，每个标准块测试次数为5次，取5次测试结果的算数平均数为各个标准块的均速回弹硬度值；
步骤5：根据步骤2-步骤4获得的数据，建立维氏硬度值-均速回弹硬度值、布氏硬度值-均速回弹硬度值的硬度换算表或者硬度对比曲线；
步骤6：以同样的检测环境对被检材料进行均速回弹硬度试验，测试次数为5次，取5次测试结果的算数平均数为被检材料的均速回弹硬度值，查步骤5建立的硬度换算表或者硬度对比曲线，得出被检材料对应的维氏硬度值、布氏硬度值。
优选地，按动释放按钮，弹簧机构为冲击体提供动力，冲击体脱离弹簧机构，并在导管中下落，冲击体能依次穿过涡流线圈本体上的定距线圈和基准线圈。
优选地，所述冲击体的顶部设置有安全卡盘，安全卡盘与弹簧机构相连接，按动释放按钮，安全卡盘会与弹簧机构脱离。
优选地，所述冲击体的底部设置有冲击球头，冲击球头是由碳化钨材料制成的。
优选地，所述冲击体是由无磁性的材料制成的。
优选地，所述人工刻槽设置在冲击体的外上壁处。
优选地，所述涡流信号能送入涡流信号分析仪中。
优选地，所述涡流线圈本体上设置有信号线接口，涡流信号分析仪上设置有仪器接口，信号线接口与仪器接口通过信号线相连接。
优选地，所述涡流线圈组件的底部连接有支撑环。
优选地，步骤4中利用硬度计冲击装置对每个标准块的硬度进行测试的过程为：
步骤4.1：调节涡流检测参数；
往复调节涡流线圈组件的位置以获得基准线圈在冲击体的人工刻槽的感应涡流信号幅值最大，调整后锁定涡流线圈装置的高度位置，保证冲击体刚接触材料时，基准线圈与人工刻槽的高度位置持平，校零工作完成；
步骤4.2：将冲击组件垂直放置到待检测的标准块表面，支撑环与标准块表面接触，按动释放按钮，冲击体下落，带有人工刻槽的冲击体次序通过定距线圈和基准线圈，由人工刻槽分别产生的涡流信号次序传入涡流信号分析仪，记录定距线圈和基准线圈产生涡流信号的时间间隔ΔT1，则平均冲击速度VAA＝L/ΔT1；
其中，L为定距线圈和基准线圈之间的间距；
步骤4.3：冲击体碰撞标准块后回弹，回弹过程时，带有人工刻槽的冲击体次序通过基准线圈和定距线圈，由人工刻槽分别产生的涡流信号次序传入涡流信号分析仪，记录基准线圈和定距线圈产生涡流信号的时间间隔ΔT2，则平均冲击回弹速度VRA＝L/ΔT2；
步骤4.4：涡流信号分析仪根据公式：
HA＝1000·VRA/VAA
得出标准块的均速回弹硬度值HA。
本发明具有的有益效果是：
本发明提供一种性能可靠、快捷、准确的新型硬度试验方法，可适应材料的现场快速硬度检测。该新型硬度试验方法是基于测量冲击体在试样表面特定距离范围内的平均速度，建立其与材料的硬度之间的特征关系。该方法可降低空气阻力、构件摩擦力、自身重力等的影响，减少固有误差，能更加准确反应材料的真实硬度，大幅度提高现场硬度检测的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为硬度计冲击装置的检测示意图。
图2为涡流线圈组件的示意图。
图3为冲击体的示意图。
1、释放按钮；2、加载套；3、导管；4、涡流线圈本体；4-1、定距线圈1；4-2、基准线圈；4-3、信号线接口；5、冲击体；5-1人工刻槽；5-2冲击球头；6、支撑环；7、信号线；8、涡流信号分析仪；8-1仪器接口；9、被检材料。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合图1至图3，一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法，包括涡流信号分析仪8和冲击组件，涡流信号分析仪8和冲击组件电连接。
冲击组件包括加载套2，加载套的上部连接有释放按钮1，加载套的底部连接有导管3，导管的底部连接有涡流线圈组件。
涡流线圈组件的底部连接有支撑环6。
加载套2内设置有弹簧机构，弹簧机构上连接有冲击体5。
图1中将冲击体5画至冲击组件外是为了更好的进行说明，实际上冲击体5位于冲击组件内。
通过按动释放按钮，弹簧机构能为冲击体提供动力，冲击体脱离弹簧机构。
导管为冲击体起到隔离保护的作用。
支撑环6的底部设置有橡胶涂层，支撑环能与被检材料接触，防止测试过程中冲击组件位移，支撑环能为落下的冲击体提供保护。
涡流线圈组件包括涡流线圈本体4，涡流线圈本体的上部设置有定距线圈4-1和基准线圈4-2，定距线圈4-1位于基准线圈4-2的上部，定距线圈4-1与基准线圈4-2之间有间距。
在本实施例中，定距线圈4-1与基准线圈4-2之间的间距L为1mm。
基准线圈的作用是校零4-2，定距线圈4-1的作用是定距。
涡流检测是利用交变磁场在导电材料中所感应涡流的电磁效应评价被检工件的无损检测方法。其原理为，当载有交变电流的检测线圈靠近物体时，若物体为导电物质，在检测线圈产生的交变磁场的作用下会在导电物质中感生出涡流。而感生涡流的反作用磁场又会使检测线圈的阻抗发生变化。通过测定检测线圈的阻抗变化，可以判定被检物体的电导率性能。涡流检测***一般包括涡流检测仪、检测线圈组成。涡流检测为非接触式检测，不影响被检测物体的运动速度；输出的信号为电信号，方便进行采集处理。本次利用涡流检测技术来实现对冲击体在特定位置距离范围的平均回弹速度与平均冲击速度的测量。
冲击体5的顶部设置有安全卡盘，安全卡盘与弹簧机构相连接，按动释放按钮，安全卡盘会与弹簧机构脱离。
冲击体5上设置有人工刻槽5-1，人工刻槽设置在冲击体的外上壁处。
冲击体下落过程中能够穿过涡流线圈本体上的定距线圈4-1和基准线圈4-2，冲击体上的人工刻槽能与定距线圈和基准线圈产生涡流信号。
涡流线圈本体上设置有信号线接口4-3，涡流信号分析仪上设置有仪器接口8-1，信号线接口4-3与仪器接口8-1通过信号线7相连接。涡流信号能送入涡流信号分析仪中。
冲击体5的底部设置有冲击球头5-2，冲击球头是由碳化钨等硬质材料制成的，作用是冲击被检材料表面而自身不产生形变。
冲击体是由无磁性的材料制成的，如奥氏体不锈钢等。
冲击体及冲击球头的结构形式和材质可根据被检材料的硬度范围来选择调整。
涡流信号分析仪的作用是采集涡流线圈装置传输过来的涡流信号，并可经过处理，求出通过定距线圈4-1和基准线圈4-2之间人工刻槽的平均速度。
用规定质量的冲击体在弹簧力作用下以一定速度垂直冲击材料表面，以冲击体在距材料表面特定位置距离范围(如1mm)内的平均冲击回弹速度(VRA)与平均冲击速度(VAA)的比值来表示材料的硬度值，规定其名词为均速回弹硬度试验方法，用英文缩写HA。计算公式为：
HA＝K·VRA/VAA
式中：
HA－均速回弹硬度值，HA
VRA－冲击体在距试样表面1mm内的平均冲击回弹速度，m/s
VAA－冲击体在距试样表面1mm内的平均冲击速度，m/s
K－调整系数，可取1000
本新型硬度试验方法也是一种动态硬度试验法，归属于回跳法。
试验方法包括以下步骤：
步骤1：制作多个不同硬度的标准块；标准块制造工艺应满足标准块获得必要的材料均质性、组织稳定性和试验面硬度的均匀性。
步骤2：对每个标准块利用标准维氏硬度机进行测试，得出各个标准块的维氏硬度值(HV)；
步骤3：对每个标准块利用标准布氏硬度机进行测试，得出各个标准块的布氏硬度值(HB)；
步骤4：利用硬度计冲击装置对每个标准块的硬度进行测试，每个标准块测试次数为5次，取5次测试结果的算数平均数为各个标准块的均速回弹硬度值；
利用硬度计冲击装置对每个标准块的硬度进行测试的过程为：
步骤4.1：调节涡流检测参数；
启动涡流信号分析仪，往复调节涡流线圈组件的位置以获得基准线圈在冲击体的人工刻槽的感应涡流信号幅值最大，调整后锁定涡流线圈装置的高度位置，保证冲击体刚接触材料时，基准线圈与人工刻槽的高度位置持平，校零工作完成；
步骤4.2：将冲击组件垂直放置到待检测的标准块表面，支撑环与标准块表面接触，按动释放按钮，冲击体下落，带有人工刻槽的冲击体次序通过定距线圈和基准线圈，由人工刻槽分别产生的涡流信号次序传入涡流信号分析仪，记录定距线圈和基准线圈产生涡流信号的时间间隔ΔT1，则平均冲击速度VAA＝L/ΔT1；
其中，L为定距线圈和基准线圈之间的间距；
步骤4.3：冲击体碰撞标准块后回弹，回弹过程时，带有人工刻槽的冲击体次序通过基准线圈和定距线圈，由人工刻槽分别产生的涡流信号次序传入涡流信号分析仪，记录基准线圈和定距线圈产生涡流信号的时间间隔ΔT2，则平均冲击回弹速度VRA＝L/ΔT2；
步骤4.4：涡流信号分析仪根据公式：
HA＝1000·VRA/VAA
得出标准块的均速回弹硬度值HA。
步骤5：根据步骤2-步骤4获得的数据，建立维氏硬度值-均速回弹硬度值、布氏硬度值-均速回弹硬度值的硬度换算表或者硬度对比曲线；
步骤6：在被检材料进行测试前首先对被检材料表面进行处理，被检材料表面应平整，可与支撑环耦合良好，任何涂层、氧化皮、污物或者其他不规则性都要完全去除，且经打磨处理，表面粗糙度满足要求。
以同样的检测环境对被检材料进行均速回弹硬度试验，测试次数为5次，取5次测试结果的算数平均数为被检材料的均速回弹硬度值，查步骤5建立的硬度换算表或者硬度对比曲线，得出被检材料对应的维氏硬度值、布氏硬度值。
若查得的数值在两个临近的已知对应数值中间的测试数据，可用内插法求得对应值。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法，其特征在于，包括硬度计冲击装置，硬度计冲击装置包括涡流信号分析仪和冲击组件，涡流信号分析仪和冲击组件电连接，所述冲击组件包括加载套，加载套的上部连接有释放按钮，加载套的底部连接有导管，导管的底部连接有涡流线圈组件；
所述加载套内设置有弹簧机构，弹簧机构上连接有冲击体；
所述涡流线圈组件包括涡流线圈本体，涡流线圈本体的上部设置有定距线圈和基准线圈，定距线圈位于基准线圈的上部，定距线圈与基准线圈之间有间距；
所述冲击体上设置有人工刻槽，冲击体能够穿过涡流线圈本体上的定距线圈和基准线圈，冲击体上的人工刻槽能与定距线圈和基准线圈产生涡流信号；
试验方法包括以下步骤：
步骤1：制作多个不同硬度的标准块；
步骤2：对每个标准块利用标准维氏硬度机进行测试，得出各个标准块的维氏硬度值；
步骤3：对每个标准块利用标准布氏硬度机进行测试，得出各个标准块的布氏硬度值；
步骤4：利用硬度计冲击装置对每个标准块的硬度进行测试，每个标准块测试次数为5次，取5次测试结果的算数平均数为各个标准块的均速回弹硬度值；
步骤5：根据步骤2-步骤4获得的数据，建立维氏硬度值-均速回弹硬度值、布氏硬度值-均速回弹硬度值的硬度换算表或者硬度对比曲线；
步骤6：以同样的检测环境对被检材料进行均速回弹硬度试验，测试次数为5次，取5次测试结果的算数平均数为被检材料的均速回弹硬度值，查步骤5建立的硬度换算表或者硬度对比曲线，得出被检材料对应的维氏硬度值、布氏硬度值。
2.根据权利要求1所述的一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法，其特征在于，按动释放按钮，弹簧机构为冲击体提供动力，冲击体脱离弹簧机构，并在导管中下落，冲击体能依次穿过涡流线圈本体上的定距线圈和基准线圈。
3.根据权利要求1所述的一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法，其特征在于，所述冲击体的顶部设置有安全卡盘，安全卡盘与弹簧机构相连接，按动释放按钮，安全卡盘会与弹簧机构脱离。
4.根据权利要求1所述的一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法，其特征在于，所述冲击体的底部设置有冲击球头，冲击球头是由碳化钨材料制成的。
5.根据权利要求1所述的一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法，其特征在于，所述冲击体是由无磁性的材料制成的。
6.根据权利要求1所述的一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法，其特征在于，所述人工刻槽设置在冲击体的外上壁处。
7.根据权利要求1所述的一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法，其特征在于，所述涡流信号能送入涡流信号分析仪中。
8.根据权利要求1所述的一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法，其特征在于，所述涡流线圈本体上设置有信号线接口，涡流信号分析仪上设置有仪器接口，信号线接口与仪器接口通过信号线相连接。
9.根据权利要求1所述的一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法，其特征在于，所述涡流线圈组件的底部连接有支撑环。
10.根据权利要求9所述的一种基于测量平均冲击回弹速度的均速回弹硬度试验方法，其特征在于，步骤4中利用硬度计冲击装置对每个标准块的硬度进行测试的过程为：
步骤4.1：调节涡流检测参数；
往复调节涡流线圈组件的位置以获得基准线圈在冲击体的人工刻槽的感应涡流信号幅值最大，调整后锁定涡流线圈装置的高度位置，保证冲击体刚接触材料时，基准线圈与人工刻槽的高度位置持平，校零工作完成；
步骤4.2：将冲击组件垂直放置到待检测的标准块表面，支撑环与标准块表面接触，按动释放按钮，冲击体下落，带有人工刻槽的冲击体次序通过定距线圈和基准线圈，由人工刻槽分别产生的涡流信号次序传入涡流信号分析仪，记录定距线圈和基准线圈产生涡流信号的时间间隔ΔT1，则平均冲击速度VAA＝L/ΔT1；
其中，L为定距线圈和基准线圈之间的间距；
步骤4.3：冲击体碰撞标准块后回弹，回弹过程时，带有人工刻槽的冲击体次序通过基准线圈和定距线圈，由人工刻槽分别产生的涡流信号次序传入涡流信号分析仪，记录基准线圈和定距线圈产生涡流信号的时间间隔ΔT2，则平均冲击回弹速度VRA＝L/ΔT2；
步骤4.4：涡流信号分析仪根据公式：
HA＝1000·VRA/VAA
得出标准块的均速回弹硬度值HA。
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