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邵氏硬度計使用及檢定中的問題
閱讀：1835 發(fā)布時間：2018-11-8一、硬度計使用中的問題
1.支架使用
邵氏硬度計以小巧、便捷、快速著稱，可安置在支架上用于實(shí)驗(yàn)室使用，也可獨(dú)立手持于現(xiàn)場測量。支架的使用，在一定程度上可降低人員操作的影響因素，提高測量結(jié)果的可靠性。支架配置的工作臺面應(yīng)平整，并能使硬度計的壓足底面與工作臺完整無縫隙地緊密貼合，硬度計指示在(100±0.5)的位置上。如果無法實(shí)現(xiàn)完整密合或擺動變化較大的，則不應(yīng)使用支架進(jìn)行試驗(yàn)。
2.試驗(yàn)速度
邵氏硬度計使用主要應(yīng)用在彈性橡膠制品中的測量，也有使用邵氏硬度計測量其他非金屬制品的，如紙張、木材、紡織、松蠟等。由于這些制品具有一定程度的彈性或明顯的塑性蠕變過程，試驗(yàn)速度的快慢對測量值有性影響。速度的數(shù)量量化上不應(yīng)有統(tǒng)一的要求，但有一個的原則要求。試驗(yàn)速度應(yīng)連續(xù)平緩進(jìn)行，并讀取在3s內(nèi)不應(yīng)明顯變化的上限數(shù)值。試驗(yàn)時應(yīng)根據(jù)不同的材料對象、硬度范圍進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以達(dá)到這一狀態(tài)，接近真值。
3.試驗(yàn)樣品
任何制品的試驗(yàn)都有對樣品的要求，這是為了獲取有效比較數(shù)據(jù)而設(shè)立的統(tǒng)一性規(guī)范。邵氏硬度是以其壓針伸出于壓足面的長度量表示硬度的。伸出量越長，硬度值越低，反之越高。因此硬度的試驗(yàn)對象應(yīng)按ISO7619或GB/T531中相關(guān)條款，具有一定的厚度和平整性要求。也規(guī)定了邵氏硬度試驗(yàn)不能用于曲面、球面等非平面樣品的測試。
4.試驗(yàn)范圍
邵氏硬度計的設(shè)計測量范圍為0～100，低為0無硬度；高為100滿量程硬度，可用范圍20～90，有效范圍則為30～90。這是由于彈簧體需要形變和壓針前端作用的局限性所致。當(dāng)所測數(shù)據(jù)在硬度計的20以下或90以上的，應(yīng)更換其他相適合的邵氏硬度計進(jìn)行測量。現(xiàn)常用的邵氏硬度計F、AO、A、D型可依次分別測量高發(fā)泡橡膠(低彈性海綿)、低發(fā)泡橡膠(高彈性海綿)、高彈性橡膠、低彈性橡膠(硬塑膠)。
5.硬度計的修約
硬度試驗(yàn)不允許修約。誤差是存在的，檢定只是確定誤差量大小的程度。由于硬度試驗(yàn)屬破壞性試驗(yàn)，是約定值，按現(xiàn)在表述為序量。其真值的獲取有一定的局限性。只要硬度計各項(xiàng)指標(biāo)符合要求就可以使用，不符合的則應(yīng)停止使用，而不應(yīng)對測量誤差作修正使用。
雖然橡膠有一定的彈性，測量的表面不一定有破壞，但不是所有影響因素都被量化合成一起的。如硬度計的壓頭對硬度值有性的影響，但硬度的計算公式中并沒有體現(xiàn)壓頭變量函數(shù)；再如硬度計主軸的垂直度影響硬度值的變化等問題。
邵氏硬度是一個綜合值，它包含多個參數(shù)指標(biāo)，這些參數(shù)相互影響，都不能簡單單一地進(jìn)行修約、補(bǔ)償。如計量部門對邵氏硬度計試驗(yàn)力的檢定，僅是其分部指標(biāo)中的一部分。邵氏硬度的試驗(yàn)力是指在進(jìn)行試驗(yàn)時所應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生的力，而不是指力所對應(yīng)的硬度關(guān)系。
6.振動裝置的使用
在一些標(biāo)準(zhǔn)中提到“硬度計的輕微振動裝置。例如電動蜂鳴器，以克服任何輕微的摩擦力。”但現(xiàn)行關(guān)于邵氏硬度的標(biāo)準(zhǔn)中都沒再有這種不科學(xué)的表述。由于支架上配有的振動器沒有統(tǒng)一的量化要求，每個廠家設(shè)置的振幅大小不一，很難鑒定什么程度的量為“輕微”。再者，通過振動得到的數(shù)據(jù)與手持無振動的數(shù)據(jù)，狀態(tài)不一、相差甚遠(yuǎn)，橫向比較時也會出現(xiàn)離散加大的情況。因此，不提倡在使用中附加振動，以保持硬度計手持與支架使用兩種狀態(tài)的一致性。
二、硬度計檢定中的問題
目前所有認(rèn)可關(guān)于邵氏硬度計的測量有效方法文件是分部法。要求分別對硬度計的壓針幾何尺寸、伸出量、測量指示裝置、彈簧試驗(yàn)力等進(jìn)行測量。硬度計檢定標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)的制定以及檢定方法的實(shí)施應(yīng)遵循一個基本原則:檢定狀態(tài)應(yīng)與實(shí)際使用狀態(tài)相符合。只有這樣，檢定采集的數(shù)據(jù)才具有實(shí)際意義。
1.壓頭的檢定
硬度計的壓頭檢定按相關(guān)的有效標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。其中，在JJG304-2003《A型邵氏硬度計檢定規(guī)程》增設(shè)了對使用中硬度計35°±45′的要求。它對使用中硬度計放寬是基于角度的偏差對硬度值影響較小，以及使用中壓針表面理想狀態(tài)不佳影響不確定度的原因。但對于新制造出廠的仍應(yīng)按照35°±15′的要求進(jìn)行。壓頭的檢定應(yīng)在至少50×工具顯微鏡下，兩個垂直軸向方向進(jìn)行檢測，任一方向均應(yīng)符合要求。高倍數(shù)的工具顯微鏡能提高識別壓頭輪廓的清晰度和測量的準(zhǔn)確性。幾何尺寸的結(jié)果不能以平均值計算，是每一測量方向的結(jié)果要求。邵氏硬度計的檢定，必須包含對壓針尺寸部分的檢定，以確定滿足試驗(yàn)條件的程度。
2.伸出量的檢定
硬度計伸出量是指壓針突出壓足表面的狀況。壓針伸出量對硬度示值的影響是硬度計誤差主要因素之一，它對高硬度值的影響比對低硬度值的影響要大，硬度值高影響越大，反之則小。以2.5mm計算，每0.025mm為一個硬度單位變化量。在JJG304-2003中要求為(0±0.5)HA、(100±0.5)HA；即±0.0125mm，比其他同等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)格。D型硬度計伸出量的檢定只能在(1200-1300)HV或88HRA的平面鋼塊上進(jìn)行測量。
3.測量指示裝置的檢定
邵氏硬度計的測量指示裝置與壓針的伸出量是重合落疊在一起的，是伸出量的一部分。以量塊或有孔的量塊進(jìn)行檢測。以2.00mm、1.25mm、0.50mm時分別對應(yīng)(20±1.0)HA、(50±1.0)HA、(80±1.0)HA的要求。這項(xiàng)要求與其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等同。
對D型硬度計指示裝置的檢定也要在(1200～1300)HV或88HRA的平面鋼塊上進(jìn)行測量。
4.彈簧試驗(yàn)力的檢定
彈簧作為試驗(yàn)力的力源，對硬度計示值的影響是性的。在同等條件下，試驗(yàn)力越大所獲得的硬度值越低，反之則大。試驗(yàn)力的大小，對低硬度值的影響比高硬度值的影響要明顯。試驗(yàn)力的檢定包括了對硬度計的彈簧力、主軸摩擦力、傳遞系統(tǒng)(齒輪咬合、轉(zhuǎn)軸旋動等)摩擦力等的要求。機(jī)械部分的摩擦力越小，彈簧力的復(fù)現(xiàn)性越好，硬度計測量的穩(wěn)定性越高。反之越差。
試驗(yàn)力檢定時值得注意的是，主軸運(yùn)動方向應(yīng)與使用時一致；檢定中不得對主軸進(jìn)行任何動作的調(diào)整，包括所謂的“輕微振動”。在JJG304-2003中要求3次中的任意一次的測量點(diǎn)的偏差都為±0.08N，約1.1HA。其他同等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為±0.075N。
5.檢定的測量點(diǎn)
檢定時的測量點(diǎn)選取主要是針對試驗(yàn)力而言。按JJG304-2003的要求，測量點(diǎn)應(yīng)在0～100范圍內(nèi)均勻選取5點(diǎn)測量，同時也要考慮到有效30～90要求，因此建議在20、40、60、80、90點(diǎn)上進(jìn)行測量，既覆蓋30點(diǎn)時的使用，也避免100點(diǎn)時壓足限制的影響。當(dāng)使用范圍不在測量覆蓋區(qū)域而必須使用的，可另行增加測量點(diǎn)，但一般不建議超要求使用。
6.使用的主要標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備
所有檢定時使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備準(zhǔn)確度應(yīng)小于或等于被測允差的，低程度也不得大于使用大工鏡、投影儀或影像儀測量壓針幾何尺寸時，選用的放大倍數(shù)盡可能地大，以提高分辨識別。放大倍數(shù)應(yīng)不小于實(shí)物尺寸的50×起開始選取倍數(shù)。對于較大的壓針尺寸，如F、FO型的壓針，可使用數(shù)顯卡尺進(jìn)行測量。
試驗(yàn)力的檢定使用傳感器，傳感器的使用具有簡便、準(zhǔn)確、快捷的特性，在檢定試驗(yàn)力時能夠模擬硬度計的使用狀態(tài)，與硬度計主軸運(yùn)動方向保持一致，測量結(jié)果具有真實(shí)性。
7.示值誤差的符合性判定
現(xiàn)行的有效標(biāo)準(zhǔn)對邵氏硬度計的檢定是分部檢定法，因此其測量結(jié)果的不確定度也是分別給出的。
按正態(tài)分布，取置信水平95%，包含因子k=2，U=k×uc(k=2)
U=2×0.011=0.022(N)
A型邵氏硬度計力值的允許誤差為±0.080N。
結(jié)論:用分部法檢定A型邵氏硬度計力值，所使用的計量器具，采用的測量方法，還有對允許誤差的限定，都是切實(shí)可行的。