金属布氏硬度计示值超差的调整方案探讨
摘要：目前，我国的金属布氏硬度计在自动完成载荷的大小、承受外力变形的尺度和保压加载时间的过程中，是由一个转换开关对电机正反旋转进行计量的。但是当同时疏导的四个触点中一个接触不良，弹簧片发生断裂时导致金属布氏硬度计的计示值超差产生的问题。对其进行针对性的改造，得到了最佳的效果。
关键词：金属布氏硬度计；示值超差；加载时间；正反旋转；保压加载 文献标识码：A
中图分类号：TH715 文章编号：1009-2374（2015）33-0058-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.031
金属布氏硬度计是按照国家计检规程的要求所开发的测量金属布氏硬度的计量仪器。众所周知，硬度是物体承受外力变形的程度。但事实上，硬度的概念是对物体承受外力变形程度进行评价，并没有统一的计数单位。布氏硬度评价是变形程度的几何长度，其单位与压强相同，但其实际意义却与压强截然不同。金属布氏硬度实验是在1900年在对轧制组织的研究过程中被提出来而得名的。金属布氏硬度实验结果的重复性与较强的精准度，使金属布氏硬度得到广泛的应用。
1 金属布氏硬度测试的三要素
金属布氏硬度测试的三要素，包括载荷的大小、承受外力变形的尺度和保压的加载时间：
第一，载荷的大小表示着压迫程度的强弱。载荷越大，压迫程度就越大；相反的，载荷越小，压迫程度也越小。
第二，承受外力变形的尺度表示着压迫的面积，压迫面积越大，式样组织的真实性就越高；相反的，压迫面积越小，式样组织的真实性就越低。此外，当载荷达到一定程度时，压迫程度越大，压迫面积的应力越小，致使压迫的深度变浅。
第三，保压的加载时间是指载荷从零直至最大值时所用的时间，反映的是在缓冲的过程中冲击程度的强弱。保压的加载时间的长短反映了式样变形的充分程度，时间越长，充分程度越强。
从力学的角度来讲，硬度的概念是反映金属承受压迫的程度，也是反映金属承受硬化的程度。应力与载荷持续的时间是决定金属压迫程度的决定性因素，同时也是在常温下金属压迫程度的最主要且唯一的因素。因此，金属布氏硬度测试的核心是载荷的大小、承受外力变形的尺度和保压的加载时间这三个要素。当这三个要素满足时，被测物体所受的压迫程度是必然的，并具有相对应的稳定的关系。这就是金属布氏硬度测试的理论依据。
2 金属布氏硬度计示值超差的原因
分析研究表明，金属布氏硬度计示值超差的原因
如下：
第一，金属布氏硬度计其压头是完好的，但是钢球的压头是否完好无损是无法判定的。
第二，预计的负荷88H是正确的，总负荷1367H是正确的，但488H和870H是否符合标准是无法判定的。
第三，其中显示计示值的部分应该保持良好的运行，并能够准确地测出高、中、低三值。
除上述因素以外，应该确定以下三点：（1）钢球压头是否完好无损；（2）488H力值档是否正常；（3）870H力值档是否正常。
金属布氏硬度计示值超差产生的过程：
测定各力值档采用1367H档，并使用C、D、E砣，旋动按钮到1367H时，上下托叉应处于下落位置；但实际运行中，上托叉会被卡住，无法落下。与此同时，托叉松动，在进行加荷时，吊杆会逐渐降落12mm左右，砝码会被卡住同时也会降落，力值为1367H。
测定各力值档采用档，同时使用C、D砣，不使用E砣。旋动按钮到870H时，上托叉会上升到水平的位置托住E砣，下托叉在降落的位置。加荷时，吊杆落下，由于上托叉E砣倾斜，与吊杆进行摩擦，力值会产生偏差。
测定各力值档采用488H，只使用C砣，不使用D、E砣。旋动按钮到488H时，上托叉会上升到水平的位置，下托叉也会上升到水平的位置，同时托住D、E砣。加荷时，吊杆落下，由于上托叉D砣与下托叉的E砣倾斜，与吊杆产生摩擦，力值会产生偏差。
因此，可以得出金属布氏硬度计示值超差的原因是“单侧性倾斜挂于托叉”。
出现“单侧性倾斜挂于托叉”的原因是：（1）金属布氏硬度计在定置后被摇晃或者搬运过；（2）托叉之间的距离过大造成一边托叉脱出；（3）旋转按钮在改变力值时由于过快造成脱出。
在实际的运行过程中，（1）、（3）情况的发生是可以避免的，（2）情况应该对托叉之间的距离进行适当调整。
3 金属布氏硬度计示值超差的调整方案
3.1 开关系统的更改方案
（1）对电器的控制路线重新进行连接与更改；（2）将原有的机械性启动按钮更改成电器控制式按钮；（3）为使电机能够正反旋转，需要在中间增加两个继电器换接三相电源，利用继电器常开、常闭功能控制开关；（4）为使金属布氏硬度计在卸掉负荷后使—、—两组触电在疏通的状态，必须拆除换向开关的弹簧片；（5）从表面与维护的角度考虑，将所增加的电器元件统一安放在同一块绝缘板上。
3.2 改造后的电路系统的原理
当加荷时，按下启动按钮，继电器的触电与按钮的触电并联，起到自我保护的作用当电机朝正方向转动，并带动减速器转动，施加负荷。一段时间过后，当调动板触碰转向挡销的时候，转向开关反向接通。即—、—两组触点会断开；同时—、—两组触电会接通，电机会反方向转动，并带动减速器，卸掉负荷。当固定板触碰挡销时，拨杆也会随之旋转。即—、—两组触点会断开，同时—、—两组触电会接通。因此，电机旋转中止。
3.3 开关改造后的特点
（1）由于运用了继电器，避免了因频繁的按动开关而引起的触点过烧现象，保证了金属布氏硬度计的正常工作；（2）无论电机向正反方向旋转，都会有两组触点进行疏通。即使只有一个触点，电机也同样会正常工作。也就是说，即使所有触点都未疏通，只要电压不被放在电机绕组的两侧，电机也会正常工作；（3）在操控线路中加入一支发光二极管，如果金属布氏硬度计在正常工作的情况下发出声响或者电机停止转动，故障的原因就会很容易地被找出；（4）电器按钮被更换后，排除了原有的机械式按钮故障的发生。
4 结语
运用布氏硬度测试的载荷的大小、承受外力变形的尺度和保压的加载时间的实验原理。经过对改造后的金属布氏硬度计进行运行的测试，其各项技术都达到了规定的指标。通过运行，金属布氏硬度计并未进行过调整与修理，并保证了正常的生产运行。改造后的金属布氏硬度计安全性更高、可靠性更强，同时减少了维修人员的工作量，因此，促进了金属布氏硬度计的发展。
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作者简介：李磊（1966-），男（回族），辽宁奉城人，河北省秦皇岛市计量测试研究所助理工程师，研究方向：力学测试。
（责任编辑：陈 洁）
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