CN113176158A - 一种基于划刻法的硬度测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种基于划刻法的硬度测试装置，包括有纵向截面为U形的机组壳体，机组壳体外部由下至上依次设置有升降丝杠单元、试样台单元及刻刀单元，试样台单元安装在升降丝杠单元上，刻刀单元用于对试样台单元盛放的试样表面进行划刻，机组壳体外部还安装有深度显示表单元；机组壳体内部腔体设置有杠杆单元；还包括有压杆，杠杆单元通过压杆穿过机组壳体与刻刀单元连接；还包括设置在机组壳体外部的加载卸载手把及载荷变换手把，载卸载手把通过第一连杆与杠杆单元连接，载荷变换手把通过第二连杆与杠杆单元连接。该装置可以采用划刻法定量表征材料的硬度，所得硬度值能够体现了材料的断裂特性。还公开了一种基于划刻法的硬度测试方法。
Description
技术领域
本发明属于材料力学性能的测量领域，具体涉及一种基于划刻法的硬度测试装置，还涉及一种基于划刻法的硬度测试方法。
背景技术
硬度测试作为测量材料力学性能最为方便的技术之一，受到科研工作者和广大技术人员、产业工人的青睐。但已有的硬度测试技术主要表征的是材料弹性变形和塑性变形能力。然而，工程构件最危险的失效形式是断裂，如果机械或工程结构的主要承力部件若发生断裂，就可能会发生灾难性的事故，造成人员生命和财产的巨大损失，所有材料在断裂前都经历了弹性变形或塑性变形，但是如果仅仅通过变形来衡量材料抵抗断裂的能力，显然有失偏驳。
断裂是裂纹萌生和不断扩展的结果，且划刻法的测试过程需要在材料表面划出划痕，故划刻法所测的硬度在一定程度上表征了材料抵抗裂纹产生的能力。由此我们提出一种新的硬度测试技术来表征材料抵抗断裂的能力。目前，大部分的硬度测试都是基于材料弹性变形和塑性变形的肖氏、里氏、维氏，布氏，洛氏等硬度的测试技术和应用。而使用划刻法，即材料的断裂特性来定量测量材料的硬度属于一种全新的理论，之前人们在这方面的研究较少。
硬度反映了材料各方面的物理化学性能，是材料制备、生产等过程中非常重要的质量控制因素，在测量材料力学性能方面有重要意义。如何快速方便的检测材料的硬度，并且能够表征材料抵抗变形和断裂的能力，则是本发明要解决的主要问题。本发明可以测量的硬度范围较广，软的材料如木头建筑材料、塑料聚合物类材料、铸铁、退火钢等，硬的材料如玻璃、淬火钢、硬质合金等。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于划刻法的硬度测试装置，可以采用划刻法定量表征材料的硬度，所得硬度值能够体现了材料的断裂特性。
本发明的第二个目的是提供一种基于划刻法的硬度测试方法。
本发明所采用的技术方案是，一种基于划刻法的硬度测试装置，包括有纵向截面为U形的机组壳体，机组壳体外部由下至上依次设置有升降丝杠单元、试样台单元及刻刀单元，试样台单元安装在升降丝杠单元上，刻刀单元用于对试样台单元盛放的试样表面进行划刻，机组壳体外部还安装有深度显示表单元；机组壳体内部腔体设置有杠杆单元；还包括有压杆，杠杆单元通过压杆穿过机组壳体与刻刀单元连接；还包括设置在机组壳体外部的加载卸载手把及载荷变换手把，载卸载手把通过第一连杆与杠杆单元连接，载荷变换手把通过第二连杆与杠杆单元连接。
本发明的特征还在于，
升降丝杠单元包括有安装在机组壳体底部伸出部分壳体上表面的丝杠座，丝杠座上竖直设置有升降丝杠，升降丝杠的外壁由下至上依次套有升降手轮及升降丝杠壳，升降手轮与升降丝杠螺纹连接，升降丝杠壳顶端安装有试样台单元。
试样台单元包括有试样台底座，试样台底座底面与升降丝杠壳顶端连接；试样台底座上表面开有第一凹槽，第一凹槽内设置有滑块；还包括有试样台转轴，试样台转轴的一端依次穿过第一凹槽侧壁及滑块，试样台转轴外壁设置螺纹，试样台转轴与第一凹槽侧壁及滑块均螺纹连接，试样台转轴的另一端连接有转动手柄，试样台底座外壁设置有长度显示表，转动手柄的端部穿过长度显示表表盘中心与试样台转轴端部连接；滑块上表面开有第二凹槽，第二凹槽的槽壁上设置有紧固螺丝，紧固螺丝垂直穿过第二凹槽的槽壁用于固定试样，第二凹槽位于刻刀单元正下方；第一凹槽两相对侧壁之间还设置有滑杆，滑杆与试样台转轴平行，滑杆水平穿过滑块。
刻刀单元包括有由上至下依次连接的上套筒及下套筒，还包括有上下依次连接的刻刀安装座及刻刀，刻刀安装座设置在下套筒内，刻刀的刀尖穿过下套筒底面朝向第二凹槽内的试样，刻刀安装座顶端通过压杆依次穿过下套筒及上套筒与杠杆单元连接。
杠杆单元包括有水平设置的传动杠杆及主杠杆，传动杠杆一端与主杠杆的一端连接；还包括有传动杠杆支点转轴及主杠杆支点转轴，传动杠杆支点转轴一端端部水平穿过传动杠杆杆体中心处与机组壳体侧壁固定连接，主杠杆支点转轴一端端部水平穿过主杠杆杆体中心处与机组壳体侧壁固定连接；主杠杆下方竖直设置有加载连杆及负荷杆，加载连杆的顶端端部及负荷杆的顶端端部均与主杠杆杆体固定连接，加载连杆的底端设置有半球形的第一搅动子，第一搅动子下方设置有加载凸轮，通过转动加载凸轮使加载凸轮的凸起与第一搅动子球面接触，来调整加载连杆的上下运动；加载凸轮通过第一连杆与加载卸载手把连接；加载连杆杆体上套有上下设置的两个加载连杆套，每个加载连杆套均通过一个连接杆与机组壳体内壁连接；负荷杆杆体上由上至下依次套有四个砝码，四个砝码的重量由上至下依次增加；负荷杆杆体上由上至下依次设置有四个条形通孔，四个条形通孔与四个砝码一一对应配合使用，每个砝码均通过一个横梁杆穿过条形通孔架设在负荷杆杆体上；负荷杆一侧还竖直设置有载荷变换连杆，载荷变换连杆的顶端通过连杆固定绳吊挂在机组壳体内部，载荷变换连杆杆体上套有上下设置的两个载荷变换连杆套，每个载荷变换连杆套均通过一个连接杆与机组壳体内壁连接；载荷变换连杆杆体上由上至下安装有三个水平设置的U形砝码支撑板，三个U形砝码支撑板分别位于三个较重的砝码的下方，负荷杆位于三个U形砝码支撑板的缺口内；负荷杆底端设置有半球形的第二搅动子，第二搅动子下方设置有载荷变换凸轮，通过转动载荷变换凸轮使载荷变换凸轮的凸起与第二搅动子球面接触，来调整载荷变换连杆的上下运动；载荷变换凸轮通过第二连杆与加载卸载手把连接；传动杠杆与主杠杆相连接的一端还连接有指示杠杆，指示杠杆位于传动杠杆上方，还包括有指示杠杆支点轴，指示杠杆支点轴一端端部水平穿过指示杠杆杆体中心处与机组壳体侧壁固定连接；指示杠杆远离传动杠杆的一端端部竖直设置有转杆套，转杆套内部竖直设置有转杆，转杆杆体表面设置有螺旋形滑道，转杆套内壁上设置有凸块，凸块端部位于螺旋形滑道内，转杆上还套设有水平齿轮，水平齿轮位于转杆套下方，水平齿轮一侧竖直设置有竖直齿轮，水平齿轮与竖直齿轮啮合，转杆底端还连接有滚珠轴承，滚珠轴承下方设置有安装在机组壳体内壁上的支撑块，转杆底端与滚珠轴承内壁固定连接，滚珠轴承的外壁与支撑块固定连接；竖直齿轮通过第三连杆与深度显示表单元连接。
深度显示表单元包括有表盘壳，表盘壳内部设置有深度显示表表盘组件及表针，表针通过第三连杆穿过深度显示表表盘组件及表盘壳与竖直齿轮连接；深度显示表表盘组件包括有同心设置的内圈表盘及外圈表盘，内圈表盘设置在外圈表盘上，外圈表盘与表盘壳固定连接。
本发明所采用的第二个技术方案是，一种基于划刻法的硬度测试方法，采用上述装置，具体按照以下步骤实施：
步骤1、表面预处理
清除待测硬度试样表面油污及锈蚀，以获得光洁的待测表面；
步骤2，加预载荷
将试样放在滑块的第二凹槽内，通过紧固螺丝夹牢试样，顺时针旋转升降手轮使试样台单元上升至试样表面与刻刀的刀尖刚好接触，继续缓缓转动升降手轮加预载荷；深度显示表表针发生转动，记录内圈表盘示数，转动表盘壳使得外圈表盘0刻度对准表针；
步骤3，加主载荷至总载荷P为1～10kgf，其中测试硬度为45～70HRC的试样时使用载荷为7kgf～10kgf；用于测试硬度为70～200HB的试样时采用载荷为4kgf～6kgf；用于测试硬度为20～70HB采用载荷为1kgf～3kgf；产生划痕，顺时针扳下加载卸载手把，加载凸轮转动，使得加载连杆向下移动，此时由砝码组进行加载；将外圈示数与步骤2中记录的内圈示数求和为h1；转动转动手柄，使试样与刻刀的刀尖之间发生L＝1～5mm的相对滑动，此时刻刀的刀尖会在试样表面产生深度为0.0001～1mm和长度为1～5mm的轻微划痕，再次记录外圈示数与步骤2中记录的内圈示数求和为h2，记录长度显示表的示数为L；
步骤4，逆时针转动加载卸载手把，加载凸轮转动，使得加载连杆向上移动，抵消砝码组的载荷，即卸掉主载荷，逆时针转动升降手轮，使试样台单元下降，逆时针旋转转动手柄，使试样回归原位，松开紧固螺丝以取出试样；
步骤5，将步骤3中记录的初始深度示数h1、最终深度示数h2和划痕长度L代入特定计算公式
得到硬度值，HK为硬度值，K为调整系数，取1。
本发明的有益效果是：
本发明的一种基于划刻法的硬度测试装置，能够以划刻法定量测量材料的硬度以及表征材料的断裂强度；本发明方法操作简单、构思新颖、测量结果准确直观、改变以往不同标尺硬度值之间无法相互比较，重复性差和无法进行成品检测等问题。
附图说明
图1是本发明一种基于划刻法的硬度测试装置的结构示意图；
图2是本发明一种基于划刻法的硬度测试装置的外观示意图；
图3是本发明一种基于划刻法的硬度测试装置中部分杠杆单元与深度显示表单元处的结构示意图；
图4是本发明一种基于划刻法的硬度测试装置中试样台装置的结构示意图；
图5是本发明一种基于划刻法的硬度测试装置中的刻刀单元的结构示意图；
图6是从A方向看图1中加载连杆及其相关零部件的结构示意图；
图7是从A方向看图1中负荷杆及其相关零部件的结构示意图；
图8是本发明一种基于划刻法的硬度测试装置中一个砝码与负荷杆及U形砝码支撑板部分的结构示意图。
图中，1.机组壳体，2.丝杠座，3.升降手轮，4.升降丝杠，5.升降丝杠壳，6.试样台单元，7.刻刀，8.下套筒，9.上套筒，10.压杆，11.深度显示表表盘，12.指示杠杆，13.指示杠杆支点轴，14.加载凸轮，15.加载连杆套，16.载荷变换凸轮，17.载荷变换连杆，18.载荷变换连杆套，19.砝码组，20.负荷杆，21.主杠杆，22.连杆固定绳，23.加载连杆，24.主杠杆支点转轴，25.传动杠杆，26.传动杠杆支点转轴，27.支撑块，28.水平齿轮，29.表针，30.竖直齿轮，31.滚珠轴承，32.转杆，33.凸块，34.转杆套，35.试样台底座，36.滑块，37.紧固螺丝，38.试样台转轴，39.长度显示表，40.转动手柄，41.刻刀安装座，42.加载卸载手把，43.载荷变换手把，44.U形砝码支撑板，45.滑杆，46.第一搅动子，47.第二搅动子，48.第一连杆，49.第二连杆，50.第三连杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种基于划刻法的硬度测试装置，如图1-8所示，包括有纵向截面为U形的机组壳体1，机组壳体1外部由下至上依次设置有升降丝杠单元、试样台单元6及刻刀单元，试样台单元6安装在升降丝杠单元上，刻刀单元用于对试样台单元6盛放的试样表面进行划刻，机组壳体1外部还安装有深度显示表单元；机组壳体1内部腔体设置有杠杆单元；还包括有压杆10，杠杆单元通过压杆10穿过机组壳体1与刻刀单元连接；还包括设置在机组壳体1外部的加载卸载手把42及载荷变换手把43，载卸载手把42通过第一连杆48与杠杆单元连接，载荷变换手把43通过第二连杆49与杠杆单元连接。
升降丝杠单元包括有安装在机组壳体1底部伸出部分壳体上表面的丝杠座2，丝杠座2上竖直设置有升降丝杠4，升降丝杠4的外壁由下至上依次套有升降手轮3及升降丝杠壳5，升降手轮3与升降丝杠4螺纹连接，升降丝杠壳5顶端安装有试样台单元6。
试样台单元6包括有试样台底座35，试样台底座35底面与升降丝杠壳5顶端连接；试样台底座35上表面开有第一凹槽，第一凹槽内设置有滑块36；还包括有试样台转轴38，试样台转轴38的一端依次穿过第一凹槽侧壁及滑块36，试样台转轴38外壁设置螺纹，试样台转轴38与第一凹槽侧壁及滑块36均螺纹连接，试样台转轴38的另一端连接有转动手柄40，试样台底座35外壁设置有圆形的长度显示表39(长度显示表39以试样台手柄从表盘零点转过的角度计算滑块滑动的长度，长度显示表39一周相当于试样台转轴38向里或向外移动2mm)，转动手柄40的端部穿过长度显示表39表盘中心与试样台转轴38端部连接；滑块36上表面开有第二凹槽，第二凹槽的槽壁上设置有紧固螺丝37，紧固螺丝37垂直穿过第二凹槽的槽壁用于固定试样，第二凹槽位于刻刀单元正下方；第一凹槽两相对侧壁之间还设置有滑杆45，滑杆45与试样台转轴38平行，滑杆45水平穿过滑块36，滑块36能够沿着滑杆45移动。
刻刀单元包括有由上至下依次连接的上套筒9及下套筒8，还包括有上下依次连接的刻刀安装座41及刻刀7，刻刀安装座41设置在下套筒8内，刻刀7的刀尖穿过下套筒8底面朝向第二凹槽内的试样，刻刀安装座41顶端通过压杆10依次穿过下套筒8及上套筒9与杠杆单元连接。上套筒9与下套筒8之间通过螺纹连接。刻刀7的材质分为两种，一为金刚石材质，另一为淬火钢材质，适用范围有所不同，金刚石刻刀适用于硬度值为HRC20～70的材料，淬火钢刻刀则适用于硬度值范围在HB20～230的材料，将刻刀刀体设计成三棱锥造型是为了增加它的刚度与强度，尖锐的刀尖有利于刺入被检试样的表面，锋利的刀刃有利于刀尖在试样内部的移动，从而完成划痕的划刻。
杠杆单元包括有水平设置的传动杠杆25及主杠杆21，传动杠杆25一端与主杠杆21的一端连接；还包括有传动杠杆支点转轴26及主杠杆支点转轴24，传动杠杆支点转轴26一端端部水平穿过传动杠杆25杆体中心处与机组壳体1侧壁固定连接，主杠杆支点转轴24一端端部水平穿过主杠杆21杆体中心处与机组壳体1侧壁固定连接；主杠杆21下方竖直设置有加载连杆23及负荷杆20，加载连杆23的顶端端部及负荷杆20的顶端端部均与主杠杆21杆体固定连接，加载连杆23的底端设置有半球形的第一搅动子46，第一搅动子46下方设置有加载凸轮14，通过转动加载凸轮14使加载凸轮14的凸起与第一搅动子46球面接触，来调整加载连杆23的上下运动从而完成加卸载；加载凸轮14通过第一连杆48与加载卸载手把42连接；加载连杆23杆体上套有上下设置的两个加载连杆套15，每个加载连杆套15均通过一个连接杆与机组壳体1内壁连接；负荷杆20杆体上由上至下依次套有四个砝码，四个砝码的重量由上至下依次增加，四个砝码构成一个砝码组19，该砝码组19由重量分别为1、2、3、5kg的四个砝码组成，可以实现1～10kgf的加载。载荷变换手轮16分为三个档，当顺时针转动手轮到一档时，使得载荷变换连杆17向上移动，带U型砝码支撑板44也向上移动，托起最下面一块砝码，负荷杆20卸下相应砝码的载荷；当转动到二档时，载荷变换连杆17继续向上移动，U型砝码支撑板44也继续向上移动，此时最后一块砝码和倒数第二块砝码都被托起，负荷杆20卸下相应砝码载荷；当转动到三档时，载荷变换连杆17和U型砝码支撑板44继续向上移动，托起下面三块砝码，负荷杆20卸下相应载荷；负荷杆20杆体上由上至下依次设置有四个条形通孔，四个条形通孔与四个砝码一一对应配合使用，每个砝码均通过一个横梁杆穿过条形通孔架设在负荷杆20杆体上；负荷杆20一侧还竖直设置有载荷变换连杆17，载荷变换连杆17的顶端通过连杆固定绳22吊挂在机组壳体1内部，载荷变换连杆17杆体上套有上下设置的两个载荷变换连杆套18，每个载荷变换连杆套18均通过一个连接杆与机组壳体1内壁连接；载荷变换连杆17杆体上由上至下安装有三个水平设置的U形砝码支撑板44，三个U形砝码支撑板44分别位于三个较重的砝码的下方，负荷杆20位于三个U形砝码支撑板44的缺口内；负荷杆20底端设置有半球形的第二搅动子47，第二搅动子47下方设置有载荷变换凸轮16，通过转动载荷变换凸轮16使载荷变换凸轮16的凸起与第二搅动子47球面接触，来调整载荷变换连杆17的上下运动从而完成载荷的变换；载荷变换凸轮16通过第二连杆49与加载卸载手把43连接；传动杠杆25与主杠杆21相连接的一端还连接有指示杠杆12，指示杠杆12位于传动杠杆25上方，还包括有指示杠杆支点轴13，指示杠杆支点轴13一端端部水平穿过指示杠杆12杆体中心处与机组壳体1侧壁固定连接；指示杠杆12远离传动杠杆25的一端端部竖直设置有转杆套34，转杆套34内部竖直设置有转杆32，转杆32杆体表面设置有螺旋形滑道，转杆套34内壁上设置有凸块33，凸块33端部位于螺旋形滑道内，转杆32上还套设有水平齿轮28，水平齿轮28位于转杆套34下方，水平齿轮28一侧竖直设置有竖直齿轮30，水平齿轮28与竖直齿轮30啮合，转杆32底端还连接有滚珠轴承31，滚珠轴承31下方设置有安装在机组壳体1内壁上的支撑块27，转杆32底端与滚珠轴承31内壁固定连接，滚珠轴承31的外壁与支撑块27固定连接；竖直齿轮30通过第三连杆50与深度显示表单元连接。
深度显示表单元包括有表盘壳，表盘壳内部设置有深度显示表表盘组件11及表针29，表针29通过第三连杆50穿过深度显示表表盘组件11及表盘壳与竖直齿轮30连接；深度显示表表盘组件11包括有同心设置的内圈表盘及外圈表盘，内圈表盘设置在外圈表盘上，外圈表盘与表盘壳固定连接，外圈表盘可随表盘壳转动，内圈表盘不可转动，都将表盘平均分为600份，一份代表0.1μm，外圈刻度由小到大顺时针排列，内圈刻度由小到大逆时针排列。
本发明的硬度测试原理是，采用一定的载荷P将特制的刀头压入试样表面，此时的深度为h1，然后，使刀头在试样表面划出长度为L的直线划痕，划痕末端的深度为h2，划痕切面近似为梯形，施加压力与划痕切面的面积之比即为所求的硬度值。即硬度HX为
K为调整系数，一般取值为1。
本发明还提供一种基于划刻法的硬度测试方法，采用上述装置，具体按照以下步骤实施：
步骤1、表面预处理
采用物理或化学方法清除待测硬度试样表面油污及锈蚀，以获得光洁的待测表面；
步骤2，加预载荷(0～1kgf)
将试样放在滑块36的第二凹槽内，通过紧固螺丝37夹牢试样，顺时针旋转升降手轮3使试样台单元6上升至试样表面与刻刀7的刀尖刚好接触，继续缓缓转动升降手轮3加预载荷；(继续缓缓转动升降手轮加预载荷，上升速度要缓慢平稳，刀头与试件接触，深度显示表表针29发生转动，记录内圈示数，转动表盘壳使得外圈0刻度对准表针29。
步骤3，加主载荷至总载荷P为1～10kgf，其中测试淬火钢、回火钢、调质钢(硬度为45～70HRC试样)时使用大载荷(7kgf～10kgf)；用于测试各种退火钢、正火钢、软钢、及较硬的铜合金(硬度为70～200HB试样)采用中等载荷(4kgf～6kgf)；用于测试较软的合金等(硬度为20～70HB试样)采用小载荷(1kgf～3kgf)。产生划痕；顺时针扳下加载卸载手把42，加载凸轮14转动，使得加载连杆23向下移动，此时由砝码组19进行加载。将外圈示数与步骤2中记录的内圈示数求和为h1。转动转动手柄40，使试样与刻刀7的刀尖之间发生L＝1～5mm的相对滑动，此时刻刀7的刀尖会在试样表面产生一定深度(0.0001～1mm)和长度(1～5mm)的轻微划痕，再次记录外圈示数与步骤2中记录的内圈示数求和为h2，记录长度显示表39的示数为L；
步骤4，逆时针转动加载卸载手把42，加载凸轮14转动，使得加载连杆23向上移动，抵消砝码组19的载荷，即卸掉主载荷，逆时针转动升降手轮3，使试样台单元6下降，逆时针旋转转动手柄40，使试样回归原位，松开紧固螺丝37以取出试样；
步骤5，将步骤3中记录的初始深度示数h1、最终深度示数h2和划痕长度L代入特定计算公式
得到硬度值，HK为硬度值，K为调整系数，取1。
实施例1 45钢(淬火+低温回火)硬度的测量
试样为45钢(淬火+低温回火)，进行硬度的测量。
步骤1，表面预处理，使用不同型号砂纸对待测试样表面进行磨制，并抛光，清除45钢调质件表面油污、锈蚀等附着物。
步骤2，将试样放在滑块36的第二凹槽内，通过紧固螺丝37夹牢试样，顺时针旋转升降手轮3使试样台单元6上升至试样表面与刻刀7的刀尖刚好接触，继续缓缓转动升降手轮3加预载荷；深度显示表表针29发生转动，记录内圈表盘示数，转动表盘壳使得外圈表盘0刻度对准表针29；
步骤3，顺时针扳下载荷变换手把43加主载荷至总载荷P为7kgf，将外圈示数与步骤2中记录的内圈示数求和为6.67；转动转动手柄40，转动一圈半，使试样与刀头之间发生L＝3mm距离的相对滑动，完成刻刀7在试样上的划动，此时刻刀7会在试样表面产生轻微的划痕；再次记录外圈示数与步骤2中记录的内圈示数求和为7.17；
步骤4，逆时针转动加载卸载手把42，加载凸轮14转动，使得加载连杆23向上移动，抵消砝码组19的载荷，即卸掉主载荷，逆时针转动升降手轮3，使试样台单元6下降，逆时针旋转转动手柄40，使试样回归原位，松开紧固螺丝37以取出试样；
步骤5，将记录的数据代入特定计算公式
得到硬度值168.6HX。与洛氏硬度进行对比，对该试样进行洛氏硬度试验，得到45钢(淬火+低温回火)的洛氏硬度为56.1HRC
实施例2黄铜硬度的测量
试样为黄铜，进行硬度的测量。
步骤1，表面预处理，使用不同型号的砂纸对黄铜试样进行磨制并抛光，以清除黄铜块试样表面油污等附着物，获得光洁的待测表面。
步骤2，将试样放在滑块36的第二凹槽内，通过紧固螺丝37夹牢试样，顺时针旋转升降手轮3使试样台单元6上升至试样表面与刻刀7的刀尖刚好接触，继续缓缓转动升降手轮3加预载荷；深度显示表表针29发生转动，记录内圈表盘示数，转动表盘壳使得外圈表盘0刻度对准表针29；
步骤3，顺时针扳下载荷变换手把43加主载荷至总载荷P为5kgf，将外圈示数与步骤2中记录的内圈示数求和为55.29；转动转动手柄40，转动一圈半，使试样与刀头之间发生L＝3mm距离的相对滑动，完成刻刀7在试样上的划动，此时刻刀7会在试样表面产生轻微的划痕；再次记录外圈示数与步骤2中记录的内圈示数求和为63.29；
步骤4，逆时针转动加载卸载手把42，加载凸轮14转动，使得加载连杆23向上移动，抵消砝码组19的载荷，即卸掉主载荷，逆时针转动升降手轮3，使试样台单元6下降，逆时针旋转转动手柄40，使试样回归原位，松开紧固螺丝37以取出试样；
步骤5，将记录的数据代入特定计算公式
得到硬度值14.1HX。与洛氏硬度进行对比，对该黄铜试样进行洛氏硬度试验，得到黄铜的洛氏硬度为49.5HRB
实施例3 6061铝合金硬度的测量
试样为6061铝合金，进行硬度的测量。
步骤1，表面预处理，使用使用不同型号的砂纸对6061铝合金试样进行磨制并抛光，以清除表面油污、污垢等附着物，获得光洁的待测表面。
步骤2，将试样放在滑块36的第二凹槽内，通过紧固螺丝37夹牢试样，顺时针旋转升降手轮3使试样台单元6上升至试样表面与刻刀7的刀尖刚好接触，继续缓缓转动升降手轮3加预载荷；深度显示表表针29发生转动，记录内圈表盘示数，转动表盘壳使得外圈表盘0刻度对准表针29；
步骤3，顺时针扳下载荷变换手把43加主载荷至总载荷P为2kgf，将外圈示数与步骤2中记录的内圈示数求和为31.70；转动转动手柄40，转动一圈半，使试样与刀头之间发生L＝3mm距离的相对滑动，完成刻刀7在试样上的划动，此时刻刀7会在试样表面产生轻微的划痕；再次记录外圈示数与步骤2中记录的内圈示数求和为43.70；
步骤4，逆时针转动加载卸载手把42，加载凸轮14转动，使得加载连杆23向上移动，抵消砝码组19的载荷，即卸掉主载荷，逆时针转动升降手轮3，使试样台单元6下降，逆时针旋转转动手柄40，使试样回归原位，松开紧固螺丝37以取出试样；
步骤5，将记录的数据代入特定计算公式
得到硬度值8.8HX。
与洛氏硬度进行对比，对该6061铝合金试样进行洛氏硬度试验，得到铝合金的洛氏硬度为39.4HRB。
Claims (7)
1.一种基于划刻法的硬度测试装置，其特征在于，包括有纵向截面为U形的机组壳体(1)，机组壳体(1)外部由下至上依次设置有升降丝杠单元、试样台单元(6)及刻刀单元，试样台单元(6)安装在升降丝杠单元上，刻刀单元用于对试样台单元(6)盛放的试样表面进行划刻，机组壳体(1)外部还安装有深度显示表单元；机组壳体(1)内部腔体设置有杠杆单元；还包括有压杆(10)，杠杆单元通过压杆(10)穿过机组壳体(1)与刻刀单元连接；还包括设置在机组壳体(1)外部的加载卸载手把(42)及载荷变换手把(43)，载卸载手把(42)通过第一连杆(48)与杠杆单元连接，载荷变换手把(43)通过第二连杆(49)与杠杆单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于划刻法的硬度测试装置，其特征在于，所述升降丝杠单元包括有安装在机组壳体(1)底部伸出部分壳体上表面的丝杠座(2)，丝杠座(2)上竖直设置有升降丝杠(4)，升降丝杠(4)的外壁由下至上依次套有升降手轮(3)及升降丝杠壳(5)，升降手轮(3)与升降丝杠(4)螺纹连接，升降丝杠壳(5)顶端安装有试样台单元(6)。
3.根据权利要求2所述的一种基于划刻法的硬度测试装置，其特征在于，所述试样台单元(6)包括有试样台底座(35)，试样台底座(35)底面与升降丝杠壳(5)顶端连接；试样台底座(35)上表面开有第一凹槽，第一凹槽内设置有滑块(36)；还包括有试样台转轴(38)，试样台转轴(38)的一端依次穿过第一凹槽侧壁及滑块(36)，试样台转轴(38)外壁设置螺纹，试样台转轴(38)与第一凹槽侧壁及滑块(36)均螺纹连接，试样台转轴(38)的另一端连接有转动手柄(40)，试样台底座(35)外壁设置有长度显示表(39)，转动手柄(40)的端部穿过长度显示表(39)表盘中心与试样台转轴(38)端部连接；滑块(36)上表面开有第二凹槽，第二凹槽的槽壁上设置有紧固螺丝(37)，紧固螺丝(37)垂直穿过第二凹槽的槽壁用于固定试样，第二凹槽位于刻刀单元正下方；第一凹槽两相对侧壁之间还设置有滑杆(45)，滑杆(45)与试样台转轴(38)平行，滑杆(45)水平穿过滑块(36)。
4.根据权利要求3所述的一种基于划刻法的硬度测试装置，其特征在于，所述刻刀单元包括有由上至下依次连接的上套筒(9)及下套筒(8)，还包括有上下依次连接的刻刀安装座(41)及刻刀(7)，刻刀安装座(41)设置在下套筒(8)内，刻刀(7)的刀尖穿过下套筒(8)底面朝向第二凹槽内的试样，刻刀安装座(41)顶端通过压杆(10)依次穿过下套筒(8)及上套筒(9)与杠杆单元连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于划刻法的硬度测试装置，其特征在于，所述杠杆单元包括有水平设置的传动杠杆(25)及主杠杆(21)，传动杠杆(25)一端与主杠杆(21)的一端连接；还包括有传动杠杆支点转轴(26)及主杠杆支点转轴(24)，传动杠杆支点转轴(26)一端端部水平穿过传动杠杆(25)杆体中心处与机组壳体(1)侧壁固定连接，主杠杆支点转轴(24)一端端部水平穿过主杠杆(21)杆体中心处与机组壳体(1)侧壁固定连接；主杠杆(21)下方竖直设置有加载连杆(23)及负荷杆(20)，加载连杆(23)的顶端端部及负荷杆(20)的顶端端部均与主杠杆(21)杆体固定连接，加载连杆(23)的底端设置有半球形的第一搅动子(46)，第一搅动子(46)下方设置有加载凸轮(14)，通过转动加载凸轮(14)使加载凸轮(14)的凸起与第一搅动子(46)球面接触，来调整加载连杆(23)的上下运动；加载凸轮(14)通过第一连杆(48)与加载卸载手把(42)连接；加载连杆(23)杆体上套有上下设置的两个加载连杆套(15)，每个加载连杆套(15)均通过一个连接杆与机组壳体(1)内壁连接；负荷杆(20)杆体上由上至下依次套有四个砝码，四个砝码的重量由上至下依次增加；负荷杆(20)杆体上由上至下依次设置有四个条形通孔，四个条形通孔与四个砝码一一对应配合使用，每个砝码均通过一个横梁杆穿过条形通孔架设在负荷杆(20)杆体上；负荷杆(20)一侧还竖直设置有载荷变换连杆(17)，载荷变换连杆(17)的顶端通过连杆固定绳(22)吊挂在机组壳体(1)内部，载荷变换连杆(17)杆体上套有上下设置的两个载荷变换连杆套(18)，每个载荷变换连杆套(18)均通过一个连接杆与机组壳体(1)内壁连接；载荷变换连杆(17)杆体上由上至下安装有三个水平设置的U形砝码支撑板(44)，三个U形砝码支撑板(44)分别位于三个较重的砝码的下方，负荷杆(20)位于三个U形砝码支撑板(44)的缺口内；负荷杆(20)底端设置有半球形的第二搅动子(47)，第二搅动子(47)下方设置有载荷变换凸轮(16)，通过转动载荷变换凸轮(16)使载荷变换凸轮(16)的凸起与第二搅动子(47)球面接触，来调整载荷变换连杆(17)的上下运动；载荷变换凸轮(16)通过第二连杆(49)与加载卸载手把(43)连接；传动杠杆(25)与主杠杆(21)相连接的一端还连接有指示杠杆(12)，指示杠杆(12)位于传动杠杆(25)上方，还包括有指示杠杆支点轴(13)，指示杠杆支点轴(13)一端端部水平穿过指示杠杆(12)杆体中心处与机组壳体(1)侧壁固定连接；指示杠杆(12)远离传动杠杆(25)的一端端部竖直设置有转杆套(34)，转杆套(34)内部竖直设置有转杆(32)，转杆(32)杆体表面设置有螺旋形滑道，转杆套(34)内壁上设置有凸块(33)，凸块(33)端部位于螺旋形滑道内，转杆(32)上还套设有水平齿轮(28)，水平齿轮(28)位于转杆套(34)下方，水平齿轮(28)一侧竖直设置有竖直齿轮(30)，水平齿轮(28)与竖直齿轮(30)啮合，转杆(32)底端还连接有滚珠轴承(31)，滚珠轴承(31)下方设置有安装在机组壳体(1)内壁上的支撑块(27)，转杆(32)底端与滚珠轴承(31)内壁固定连接，滚珠轴承(31)的外壁与支撑块(27)固定连接；竖直齿轮(30)通过第三连杆(50)与深度显示表单元连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于划刻法的硬度测试装置，其特征在于，深度显示表单元包括有表盘壳，表盘壳内部设置有深度显示表表盘组件(11)及表针(29)，表针(29)通过第三连杆(50)穿过深度显示表表盘组件(11)及表盘壳与竖直齿轮(30)连接；深度显示表表盘组件(11)包括有同心设置的内圈表盘及外圈表盘，内圈表盘设置在外圈表盘上，外圈表盘与表盘壳固定连接。
7.一种基于划刻法的硬度测试方法，采用如权利要求1-6任意一项所述装置，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、表面预处理
清除待测硬度试样表面油污及锈蚀，以获得光洁的待测表面；
步骤2，加预载荷
将试样放在滑块(36)的第二凹槽内，通过紧固螺丝(37)夹牢试样，顺时针旋转升降手轮(3)使试样台单元(6)上升至试样表面与刻刀(7)的刀尖刚好接触，继续转动升降手轮(3)加预载荷；深度显示表表针(29)发生转动，记录内圈表盘示数，转动表盘壳使得外圈表盘0刻度对准表针(29)；
步骤3，加主载荷至总载荷P为1～10kgf，其中测试硬度为45～70HRC的试样时使用载荷为7kgf～10kgf；用于测试硬度为70～200HB的试样时采用载荷为4kgf～6kgf；用于测试硬度为20～70HB采用载荷为1kgf～3kgf；产生划痕，顺时针扳下加载卸载手把(42)，加载凸轮(14)转动，使得加载连杆(23)向下移动，此时由砝码组(19)进行加载；将外圈示数与步骤2中记录的内圈示数求和为h1；转动转动手柄(40)，使试样与刻刀(7)的刀尖之间发生L＝1～5mm的相对滑动，此时刻刀(7)的刀尖会在试样表面产生深度为0.0001～1mm和长度为1～5mm的轻微划痕，再次记录外圈示数与步骤2中记录的内圈示数求和为h2，记录长度显示表(39)的示数为L；
步骤4，逆时针转动加载卸载手把(42)，加载凸轮(14)转动，使得加载连杆(23)向上移动，抵消砝码组(19)的载荷，即卸掉主载荷，逆时针转动升降手轮(3)，使试样台单元(6)下降，逆时针旋转转动手柄(40)，使试样回归原位，松开紧固螺丝(37)以取出试样；
步骤5，将步骤3中记录的初始深度示数h1、最终深度示数h2和划痕长度L代入计算公式
得到硬度值，HK为硬度值，K为调整系数，取1。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000105182A (ja) * | 1998-09-28 | 2000-04-11 | Akashi Corp | 押し込み式硬さ試験機における初試験力設定方法 |
| CN201397266Y (zh) * | 2009-05-22 | 2010-02-03 | 莱州华仪试验仪器有限公司 | 洛氏硬度计试验力施加机构 |
| CN102393341A (zh) * | 2011-08-03 | 2012-03-28 | 湘潭大学 | 压痕法测试脆性材料的硬度、断裂韧性和残余应力的装置 |
| CN203519442U (zh) * | 2013-10-21 | 2014-04-02 | 上海研润光机科技有限公司 | 维氏压痕硬度测量系统 |
| CN107132139A (zh) * | 2017-05-08 | 2017-09-05 | 吉林大学 | 悬挂式旋转快速定位原位压痕/变深弧形划痕测试装置 |
| CN108956347A (zh) * | 2018-09-28 | 2018-12-07 | 福建南安市永泰石材有限公司 | 一种具有不同功能的人造石材表面测试装置 |
| CN110006768A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-07-12 | 莱州市蔚仪试验器械制造有限公司 | 一种触摸屏数显洛氏硬度计 |
| AU2020102843A4 (en) * | 2020-10-19 | 2020-12-17 | Institute Of Geology And Geophysics, Chinese Academy Of Sciences | Test method, test system and test fixture for rock micro-nano mechanical test |
-
2021
- 2021-03-29 CN CN202110330346.8A patent/CN113176158B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000105182A (ja) * | 1998-09-28 | 2000-04-11 | Akashi Corp | 押し込み式硬さ試験機における初試験力設定方法 |
| CN201397266Y (zh) * | 2009-05-22 | 2010-02-03 | 莱州华仪试验仪器有限公司 | 洛氏硬度计试验力施加机构 |
| CN102393341A (zh) * | 2011-08-03 | 2012-03-28 | 湘潭大学 | 压痕法测试脆性材料的硬度、断裂韧性和残余应力的装置 |
| CN203519442U (zh) * | 2013-10-21 | 2014-04-02 | 上海研润光机科技有限公司 | 维氏压痕硬度测量系统 |
| CN107132139A (zh) * | 2017-05-08 | 2017-09-05 | 吉林大学 | 悬挂式旋转快速定位原位压痕/变深弧形划痕测试装置 |
| CN108956347A (zh) * | 2018-09-28 | 2018-12-07 | 福建南安市永泰石材有限公司 | 一种具有不同功能的人造石材表面测试装置 |
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| AU2020102843A4 (en) * | 2020-10-19 | 2020-12-17 | Institute Of Geology And Geophysics, Chinese Academy Of Sciences | Test method, test system and test fixture for rock micro-nano mechanical test |
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