張鳳林

(沈陽天星試驗(yàn)儀器股份有限公司, 沈陽 110168)

硬度測試具有快速、不損傷材料和易于執(zhí)行的特點(diǎn)，在鋼鐵、鑄造、鍛造、熱處理以及有色金屬加工等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)的硬度測試設(shè)備主要是臺式硬度計，包括布氏、洛氏和維氏硬度計。硬度測試工作主要在實(shí)驗(yàn)室完成，鋼鐵行業(yè)主要采用傳統(tǒng)的方式測試材料硬度，這種方式不僅浪費(fèi)材料，而且耗費(fèi)人力和時間，檢測效率低。當(dāng)需要對批量工件進(jìn)行現(xiàn)場硬度測試時，常將臺式硬度計放置在生產(chǎn)現(xiàn)場使用，這樣可以滿足一部分現(xiàn)場硬度測試的需求。臺式硬度計不能移動，需要將工件拿到硬度計上進(jìn)行測試，可檢測工件的尺寸有限。對于大型、組裝、不可切割及不便移動的工件，常采用錘擊式布氏硬度計、里氏硬度計、搖臂式大型硬度計[1]或門式硬度計來進(jìn)行硬度測試。然而，錘擊式布氏硬度計和里氏硬度計屬于動態(tài)加力的硬度測試方法，精度不高，重復(fù)性和可靠性差，經(jīng)常不能滿足要求。雖然搖臂式大型硬度計及門式硬度計采用了標(biāo)準(zhǔn)的洛氏硬度或布氏硬度測試方法，精度和可靠性都能滿足要求，但是需要移動工件，檢測效率較低，并且試驗(yàn)力只能是垂直向下的，不能檢測不便移動和組裝后的工件，故其仍然不能滿足某些現(xiàn)場硬度測試的需要。

美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM E110—2014StandardTestMethodforRockwellandBrinellHardnessofMetallicMaterialsbyPortableHardnessTesters(以下簡稱E110)定義了可以現(xiàn)場使用的便攜式洛氏硬度計和便攜式布氏硬度計。這些硬度計采用了ASTM E18—2020StandardTestMethodsforRockwellHardnessofMetallicMaterials(以下簡稱E18)或ASTM E10—2018StandardTestMethodforBrinellHardnessofMetallicMaterials(以下簡稱E10)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)硬度測試方法，以及標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)力和壓頭，大部分儀器可以通過E18或E10規(guī)定的間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性滿足E18或E10的要求。這些硬度計便于攜帶，可以安裝或夾在工件上，可以在現(xiàn)場準(zhǔn)確檢測工件硬度。

中國冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T 4285—2012 《采用便攜式硬度計測試金屬壓痕硬度的試驗(yàn)方法》修改采用了E110。

便攜式硬度計的標(biāo)準(zhǔn)體系已初步建立，包括國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家計量檢定規(guī)程(或校準(zhǔn)規(guī)范)[2]。筆者結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)E110，詳細(xì)分析了各類便攜式硬度計的技術(shù)來源、原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、主要性能、最新技術(shù)及其與標(biāo)準(zhǔn)的符合程度。

1 硬度測試標(biāo)準(zhǔn)

李自武等[3]分析了E18，E10與相應(yīng)中國標(biāo)準(zhǔn)的不同點(diǎn)，并將E10與中國相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對比分析。

1.1 洛氏硬度測試標(biāo)準(zhǔn)

美國標(biāo)準(zhǔn)E18和中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 230.1—2018《金屬材料 洛氏硬度試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法》規(guī)定了洛氏硬度測試方法，具體規(guī)定了測試原理、試驗(yàn)力、壓頭、試樣、測試程序等內(nèi)容。

E18的附錄A1和GB/T 230.2—2012 《金屬材料 洛氏硬度試驗(yàn) 第2部分：硬度計的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)》規(guī)定了洛氏硬度計的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)方法，包括直接檢驗(yàn)、間接檢驗(yàn)和日常檢驗(yàn)。直接檢驗(yàn)是確定硬度計關(guān)鍵部件的參數(shù)是否處于允許范圍內(nèi)的過程，檢驗(yàn)內(nèi)容包括試驗(yàn)力、壓痕深度，機(jī)械滯后及測試循環(huán)時間等；間接檢驗(yàn)是周期性的使用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊檢驗(yàn)硬度計綜合性能的過程，檢驗(yàn)內(nèi)容包括示值誤差和示值重復(fù)性；日常檢驗(yàn)是在兩次間接檢驗(yàn)期間，在每日使用之前，用一塊和待測硬度接近的標(biāo)準(zhǔn)硬度塊監(jiān)測硬度計性能的過程。

E18對洛氏硬度計的性能要求高于GB/T 230.2—2012，如：E18規(guī)定的試驗(yàn)力準(zhǔn)確度高于GB/T 230.2—2012；E18規(guī)定的最大允許示值誤差低于GB/T 230.2—2012?？梢源笾抡J(rèn)為，硬度計如果符合E18，通常也符合GB/T 230.2—2012，反之則不成立。

1.2 布氏硬度測試標(biāo)準(zhǔn)

美國標(biāo)準(zhǔn)E10和中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 231.1—2018 《金屬材料 布氏硬度試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法》規(guī)定了布氏硬度測試方法[4]，具體規(guī)定了測試原理、試驗(yàn)力、球壓頭、壓痕測量裝置等內(nèi)容。

E10的附錄A1和GB/T 231.2—2012 《金屬材料 布氏硬度試驗(yàn) 第2部分：硬度計的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)》規(guī)定了布氏硬度計的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)方法，包括直接檢驗(yàn)、間接檢驗(yàn)和日常檢驗(yàn)。

E10和GB/T 231.2—2012對硬度計的性能要求相近，可以大致認(rèn)為：硬度計如果符合E10，就符合GB/T 231.2—2012，反之亦然。

2 便攜式硬度計標(biāo)準(zhǔn)E110

2.1 范圍

美國標(biāo)準(zhǔn)E110定義了采用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法的便攜式硬度計，其中包括便攜式洛氏硬度計和便攜式布氏硬度計，不包括便攜式維氏硬度計，也不包括動態(tài)加力的里氏、超聲及錘擊式布氏硬度計。

2.2 原理與特點(diǎn)

(1) 便攜式硬度計的測試原理、試驗(yàn)力、壓頭符合E18或E10的規(guī)定。

(2) 便攜式硬度計的試驗(yàn)力和壓痕深度測量裝置的準(zhǔn)確度不能滿足E18或E10的公差要求。

(3) 部分便攜式布氏硬度計不能保持試驗(yàn)力，使用中應(yīng)嚴(yán)格按照制造商的說明操作儀器。

(4) 使用便攜式硬度計進(jìn)行硬度測量不符合E18或E10的要求。

2.3 檢驗(yàn)

(1) 因某些參數(shù)不符合要求，所以便攜式硬度計不能通過直接檢驗(yàn)。

(2) 應(yīng)按照E18或E10規(guī)定的方法和程序進(jìn)行間接檢驗(yàn)，示值誤差和示值重復(fù)性應(yīng)符合E18或E10的要求。

(3) 應(yīng)按照E18或E10規(guī)定的方法和程序進(jìn)行日常檢驗(yàn)，示值誤差和示值重復(fù)性應(yīng)符合E18或E10的要求。

(4) 因?yàn)楸銛y式硬度計移動時可能發(fā)生損壞，所以建議在每天使用過程中重復(fù)進(jìn)行日常檢驗(yàn)。

2.4 表示方法

在試驗(yàn)報告中，測試結(jié)果應(yīng)標(biāo)注/P，以表示是用便攜式硬度計測得的。如：40 HRC/P表示使用便攜式洛氏硬度計C標(biāo)尺測得的洛氏硬度為40 HRC。

2.5 應(yīng)用

便攜式硬度計主要用于因尺寸、位置、測量點(diǎn)等因素的限制，而無法使用臺式硬度計的場合。

3 U型便攜式硬度計

U型便攜式硬度計包括小型、C型、雙表型3種類型，3種硬度計的工作原理相同，其共同特點(diǎn)是受力元件是一個U型彈性體，儀器通過檢測U型彈性體在試驗(yàn)力作用下的變形量測量試驗(yàn)力的大小。

3.1 小型便攜式洛氏硬度計

小型便攜式洛氏硬度計外觀如圖1所示，由美國和中國公司生產(chǎn)。

圖1 小型便攜式洛氏硬度計外觀

儀器由一個主機(jī)和一個底座組成，主機(jī)可以單獨(dú)使用。主機(jī)的主框架是一個U型彈性體，力值指示表通過測量彈性體的變形量實(shí)現(xiàn)力值測量。U型彈性體的左側(cè)是砧座，右側(cè)是由加力手輪、測微螺桿和壓頭組成的測量主軸，測量主軸與砧座同軸。測量時，被測件放置于砧座與壓頭之間，儀器通過安裝在測微螺桿上的轂輪測量壓痕深度，直接讀取洛氏硬度[5]。

小型洛氏硬度計用于測試尺寸較小的零件，不同型號儀器的最大量程為25～100 mm，其中最小型號的儀器量程為0～25 mm，其主機(jī)質(zhì)量只有0.8 kg，該儀器輕巧、使用方便，可以像千分尺一樣使用，其試驗(yàn)方法、試驗(yàn)力、壓頭都符合E18的規(guī)定，試驗(yàn)力和深度測量裝置的準(zhǔn)確度都不能滿足E18和GB/T 230.2—2012的要求，儀器不能通過直接檢驗(yàn)，可以通過間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性可以滿足GB/T 230.2—2012的要求，但是不能滿足E18的要求，其性能明顯差于臺式洛氏硬度計。

3.2 C型便攜式洛氏硬度計

C型便攜式洛氏硬度計外觀如圖2所示，由美國和中國公司生產(chǎn)。

圖2 C型便攜式洛氏硬度計外觀

C型硬度計的原理與小型硬度計相同，只是U型彈性體大小不同，安裝位置不同。儀器的主框架呈C型結(jié)構(gòu)，C型框架下端是可以上下移動的砧座，上端是測量頭，U型彈性體位于測量頭內(nèi)，測量頭下端是固定的壓頭罩，壓頭罩中間是壓頭。測量時，工件被砧座和壓頭罩夾緊，壓頭從壓頭罩中間伸出，壓入工件表面，測得的洛氏硬度從轂輪上讀取[5]。

C型硬度計是將工件夾緊之后再對其進(jìn)行測試，可以保證壓頭垂直于工件表面，不會發(fā)生主軸晃動、工件移動等情況，測試的穩(wěn)定性高、重復(fù)性好。儀器適用于測試尺寸較大的工件，不同型號儀器的最大量程為100～500 mm，最小型號儀器的量程為0～100 mm，質(zhì)量為2.3 kg。

與小型硬度計相同，C型硬度計也采用標(biāo)準(zhǔn)的洛氏硬度試驗(yàn)方法、試驗(yàn)力和壓頭，力值和壓痕深度測量裝置的準(zhǔn)確度不能滿足E18和GB/T 230.2—2012的要求，儀器不能通過直接檢驗(yàn)，可以通過間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性可以滿足GB/T 230.2—2012的要求，性能指標(biāo)比小型硬度計好，比臺式硬度計稍差。

當(dāng)球壓頭直徑為2.5 mm，試驗(yàn)力為1 839 N時，小型和C型硬度計具有布氏硬度計的功能，稱為便攜式布氏硬度計或布洛硬度計。儀器仍然不能通過直接檢驗(yàn)，其中C型便攜式布氏硬度計可以通過間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性符合GB/T 231.2—2012的要求。但是，直徑為2.5 mm球壓頭的便攜式布氏硬度計一般會配備B型壓痕測量裝置(帶測量刻度線的讀數(shù)顯微鏡)，這一點(diǎn)不符合E10的規(guī)定。

3.3 雙表型便攜式洛氏硬度計

雙表型便攜式洛氏硬度計外觀如圖3所示。

圖3 雙表型便攜式洛氏硬度計外觀

雙表型便攜式洛氏硬度計有兩個顯示表分別指示力和硬度，儀器使用較麻煩。

4 組合型便攜式洛氏硬度計

4.1 電子組合型便攜式洛氏硬度計

電子組合型便攜式洛氏硬度計外觀如圖4所示。

圖4 電子組合型便攜式洛氏硬度計外觀

儀器由主機(jī)和一套4件不同尺寸的支撐臂組成，整體呈C型組合式結(jié)構(gòu)。由于儀器較小，主軸移動范圍有限，在測試不同尺寸工件時需要更換不同大小的支撐臂，儀器量程為0～100 mm，工件尺寸每變化25 mm需要更換一個支撐臂，支撐臂的一側(cè)安裝到主機(jī)上，另一側(cè)的端部是砧座。測試時，工件被夾緊在砧座和壓頭罩之間，操作者轉(zhuǎn)動手輪，壓頭壓入工件表面，操作者根據(jù)顯示器顯示的力轉(zhuǎn)動手輪，從而完成測試，在顯示器上讀取測得的洛氏硬度。

該便攜式洛氏硬度計首次采用了力傳感器、位移傳感器、微處理器和數(shù)字顯示器等電子技術(shù)，儀器測試結(jié)果分辨率大幅提高，盡管力和壓痕深度的測試精度都有所提高，但是仍然不能滿足E18的要求，不能通過直接檢驗(yàn)。儀器可以通過間接檢驗(yàn)，示值誤差和示值重復(fù)性都能滿足E18的要求，并且與小型和C型硬度計相比都有所提高，但是與臺式洛氏硬度計相比還有差距，仍然屬于E110定義的便攜式洛氏硬度計。儀器比較突出的特點(diǎn)是采用了自制的電容式位移傳感器，儀器非常小巧，很輕便，質(zhì)量只有1.1 kg，適用于現(xiàn)場測量尺寸變化范圍不大的小零件。

4.2 電動組合型便攜式洛氏硬度計

電動組合型便攜式洛氏硬度計是對電子組合型便攜式洛氏硬度計的改進(jìn)，其外觀如圖5所示。

圖5 電動組合型便攜式洛氏硬度計外觀

儀器由主機(jī)和1套4件支撐臂組成，呈C型結(jié)構(gòu)，質(zhì)量為2 kg。儀器由鋰電池供電，電機(jī)代替手輪自動加力，力傳感器反饋力值信號，微處理器閉環(huán)控制試驗(yàn)力的加載。儀器試驗(yàn)力準(zhǔn)確，位移測量準(zhǔn)確，可以通過直接檢驗(yàn)和間接檢驗(yàn)，示值誤差和示值重復(fù)性符合E18的規(guī)定，與臺式洛氏硬度計相同。儀器屬于符合E18的真正洛氏硬度計，不屬于E110定義的便攜式洛氏硬度計。

儀器還可配備一個質(zhì)量為20 kg的臺式測量支架(見圖6)。支架可安放在生產(chǎn)現(xiàn)場的桌子或其他臺面上，并可適當(dāng)移動。測量支架由底臺和立柱組成，立柱上設(shè)有安裝卡口，儀器主機(jī)可以根據(jù)待測工件的尺寸，由一個安裝板安裝在不同的卡口上，成為組合式可移動的臺式硬度計，可測試尺寸小于250 mm的工件。儀器操作方便，測試效率高，夾緊工件后按一下測試鍵即可自動完成測試程序，顯示洛氏硬度，儀器適用于在生產(chǎn)現(xiàn)場檢測單一尺寸的批量工件。儀器的缺點(diǎn)是：當(dāng)工件尺寸變化較大時，需要進(jìn)行較多的拆卸組裝工作。

圖6 便攜式洛氏硬度計支架外觀

儀器還有無線傳輸功能，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以通過藍(lán)牙技術(shù)傳輸?shù)酱蛴C(jī)或計算機(jī)等設(shè)備上。

5 磁力便攜式硬度計

磁力便攜式硬度計利用磁力吸盤將硬度計固定在導(dǎo)磁的鋼鐵工件表面，不用支撐或移動工件，只接觸工件一側(cè)即可完成標(biāo)準(zhǔn)的洛氏或布氏硬度測試，可以用于因過大或過重而無法用其他硬度計測試的工件[6]。

5.1 機(jī)械磁力便攜式硬度計

機(jī)械磁力便攜式硬度計外觀如圖7所示，由中國公司生產(chǎn)。

圖7 機(jī)械磁力便攜式硬度計外觀

該硬度計的特點(diǎn)是將C型便攜式硬度計的測量頭安裝在兩個磁力吸盤中間，利用磁吸力將硬度計固定在導(dǎo)磁的鋼鐵材料表面進(jìn)行硬度測試。由于采用了新型導(dǎo)磁材料制造的永磁鐵，因此硬度計在保證了足夠磁吸力的前提下，還能保持小型化、輕便化，質(zhì)量只有5.0 kg。操作步驟與C型硬度計相同，在固定儀器后，操作者利用手輪施加試驗(yàn)力，壓頭壓入工件表面后，U形彈性體感應(yīng)到試驗(yàn)力的變化，接著指示表指示出試驗(yàn)力，螺旋測微計配合轂輪測量出壓痕深度，并在轂輪上顯示洛氏硬度。待測工件只要具有規(guī)格大于60 mm×200 mm(長×寬)的平面，或直徑大于60 mm的圓柱面都可以測試。

儀器的操作需要旋轉(zhuǎn)手輪，配合指示表施加試驗(yàn)力，試驗(yàn)力和深度測量裝置的準(zhǔn)確度都不能滿足GB/T 230.2—2012的要求，不能通過直接檢驗(yàn)，屬于E110定義的便攜式洛氏硬度計。儀器可以通過間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性可以滿足GB/T 230.2—2012的要求。

磁力式硬度計的缺點(diǎn)是：待測工件需要有足夠大的平面或圓柱面，不能測試復(fù)雜曲面，不能測試導(dǎo)磁性不好的奧氏體鋼(如304不銹鋼)或有色金屬。

5.2 數(shù)顯磁力便攜式洛氏硬度計示例1

數(shù)顯磁力便攜式洛氏硬度計示例1的外觀如圖8所示，由中國公司生產(chǎn)。

圖8 數(shù)顯磁力便攜式洛氏硬度計示例1的外觀

該硬度計是對機(jī)械磁力便攜式硬度計的改進(jìn)。儀器利用力傳感器測量試驗(yàn)力，提高了試驗(yàn)力的分辨率和準(zhǔn)確度，測試過程中，試驗(yàn)力顯示在顯示器上。該儀器的原測微螺桿上有一個電子編碼器，可將測微螺桿旋轉(zhuǎn)一周的軸向位移量細(xì)分為5 000份，從而大大提高位移測量的分辨率和檢測精度。與其他便攜式洛氏硬度計不同的是，在操作儀器時，操作者可以直接加力到總試驗(yàn)力，保持試驗(yàn)力后直接卸載到零。操作過程大大簡化，檢測效率提高。儀器是在試驗(yàn)力達(dá)到98.07 N初試驗(yàn)力的瞬間立刻完成位移測量的，這一點(diǎn)盡管不符合GB/T 230.2—2012關(guān)于試驗(yàn)循環(huán)時間的規(guī)定，但是卻可以在基本保證檢測精度的前提下簡化測量操作，滿足便攜式硬度計操作簡單、檢測效率高的要求。改進(jìn)后的數(shù)顯磁力硬度計體積和質(zhì)量基本不變，質(zhì)量為5.3 kg。

儀器屬于E110定義的便攜式硬度計，盡管力和位移的測量精度都有所提高，但是試驗(yàn)力的加載仍然是由人工完成的，試驗(yàn)力的準(zhǔn)確度及試驗(yàn)循環(huán)時間都不符合GB/T 230.2—2012的要求，仍然不能通過直接檢驗(yàn)，儀器可通過間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性可以滿足GB/T 230.2—2012的要求。

5.3 數(shù)顯磁力便攜式洛氏硬度計示例2

數(shù)顯磁力便攜式洛氏硬度計外觀如圖9所示，由意大利公司生產(chǎn)。

圖9 數(shù)顯磁力便攜式洛氏硬度計示例2的外觀

該硬度計由一個吊具的磁力吸盤、一個臺式快速硬度計的測量頭和一個帶有提手的直角金屬支架構(gòu)成，這是一種單磁力吸盤結(jié)構(gòu)。儀器由電感式位移傳感器精確測量壓痕深度，其采用兩個大小不同且經(jīng)過校正的彈簧，施加固定的初試驗(yàn)力和總試驗(yàn)力。

儀器的突出優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，檢測效率高。儀器固定后，將加力手柄壓下，稍做停留，再抬起即可完成一次測量，在顯示器上讀取硬度。最快的測試時間可以達(dá)到4～5 s。儀器的缺點(diǎn)是比較重，移動不方便。磁力吸盤沒有經(jīng)過小型化、輕量化設(shè)計，其質(zhì)量高達(dá)25 kg，現(xiàn)場使用很不方便。

與采用雙磁力吸盤的數(shù)顯磁力便攜式洛氏硬度計示例1相比，單磁力吸盤的儀器可以有一些特殊應(yīng)用，例如檢測工件邊緣、鋼管端頭或焊接后有錯位的鋼管焊縫。

該硬度計也是屬于 E110定義的便攜式洛氏硬度計，其試驗(yàn)力準(zhǔn)確度和試驗(yàn)循環(huán)時間都不能滿足E18的要求，不能通過直接檢驗(yàn)。儀器可以通過間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性可以滿足E18的要求。

5.4 電動磁力便攜式洛氏硬度計示例1

電動磁力便攜式洛氏硬度計示例1的外觀如圖10所示，由中國公司生產(chǎn)。

圖10 電動磁力便攜式洛氏硬度計示例1的外觀

該硬度計由主機(jī)和電子控制箱兩部分組成，采用交流電源供電，電磁鐵將儀器固定在鋼鐵材料表面，利用電機(jī)驅(qū)動主軸施加試驗(yàn)力，位移傳感器測量壓痕深度，力傳感器測量試驗(yàn)力，通過微處理器反饋控制電機(jī)加力，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)力的閉環(huán)控制，試驗(yàn)力準(zhǔn)確，位移測量準(zhǔn)確，可以通過直接檢驗(yàn)和間接檢驗(yàn)，示值誤差和示值重復(fù)性符合GB/T 230.2—2012的要求。儀器實(shí)現(xiàn)了全自動檢測，可一鍵完成全部測試程序，得到洛氏硬度，操作十分簡單。這是一臺真正符合GB/T 230.2—2012的便攜式洛氏硬度計。儀器的主要技術(shù)參數(shù)與高端臺式硬度計接近。

儀器的缺點(diǎn)是不夠便攜，儀器主機(jī)質(zhì)量為10.5 kg，另外還有一個電子控制箱，現(xiàn)場使用需要有交流電源。

5.5 電動磁力便攜式洛氏硬度計示例2

電動磁力便攜式洛氏硬度計示例2的外觀如圖11所示，由中國公司生產(chǎn)。

圖11 電動磁力便攜式洛氏硬度計示例2的外觀

該儀器是對國產(chǎn)數(shù)顯磁力便攜式洛氏硬度計示例1的改進(jìn)。儀器采用鋰電池供電，電機(jī)自動加力代替手輪加力，力傳感器測量力的大小，經(jīng)過微處理器控制加力電機(jī)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)力的閉環(huán)控制。儀器還是采用螺旋測微計加電子編碼器的組合測量壓痕深度。儀器測試方法非常簡單，按一下測試鍵即可自動完成全部測試程序，顯示洛氏硬度。儀器主要技術(shù)參數(shù)優(yōu)于GB/T 230.2—2012和E18的規(guī)定，精細(xì)的小型化及輕量化設(shè)計使該儀器在增加了兩節(jié)大容量鋰電池和電機(jī)之后，體積和質(zhì)量基本不變，其質(zhì)量仍然是5.3 kg。滿足了便攜式硬度計小型化、輕量化的要求。該儀器還有較強(qiáng)的續(xù)航能力，一次充電可連續(xù)檢測超過400次。利用儀器的USB接口可將測量數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

該儀器可通過GB/T 230.2—2012和E18的直接檢驗(yàn)和間接檢驗(yàn)，示值誤差和示值重復(fù)性符合標(biāo)準(zhǔn)要求，是真正的洛氏硬度計，不屬于E110定義的便攜式硬度計，其主要性能參數(shù)與高端臺式洛氏硬度計無差別。

只要將該磁力便攜式洛氏硬度計球壓頭直徑更換為2.5 mm，再采用1 839 N的試驗(yàn)力，就可具備布氏硬度計的功能，成為便攜式布氏硬度計或布洛硬度計。多數(shù)磁力便攜式布氏硬度計的示值誤差和示值重復(fù)性符合GB/T 231.2—2012的要求，但是不符合E10的要求，因?yàn)椴捎弥睆綖?.5 mm球壓頭的便攜式布氏硬度計，一般會配備B型壓痕測量裝置，這一點(diǎn)不符合E10的規(guī)定。電動磁力便攜式布洛硬度計示例2可以配備分辨率為2.5 μm的A型壓痕自動測試裝置，其示值誤差和示值重復(fù)性可以同時符合GB/T 231.2—2012和E10的要求。

6 液壓便攜式布氏硬度計

6.1 液壓便攜式布氏硬度計

提到便攜式布氏硬度計，業(yè)內(nèi)都會首先想到液壓便攜式布氏硬度計，這種硬度計在世界上影響很大，是公認(rèn)的便攜式布氏硬度計的主流產(chǎn)品，應(yīng)用非常廣泛，迄今已應(yīng)用了80多年。

液壓便攜式布氏硬度計外觀如圖12所示，由美國、英國和中國公司生產(chǎn)。

圖12 液壓便攜式布氏硬度計外觀

該儀器由一個測量頭和一個升降支架構(gòu)成，測量頭安裝在升降支架的前部，由一個搖柄控制測量頭的上下移動。測量頭由液壓集成塊和壓力表組成，液壓集成塊是一個小型的液壓系統(tǒng)，如千斤頂一樣，依靠操作者反復(fù)扳動加力桿加力，可以在油缸下部的直徑10 mm球壓頭上獲得高達(dá)29 420 N的試驗(yàn)力。儀器質(zhì)量為13.7～14 kg。

儀器的液壓集成塊上有一個釋放閥，該釋放閥在出廠前試驗(yàn)力被精確校準(zhǔn)到29 420 N，當(dāng)試驗(yàn)力達(dá)到29 420 N時，這個閥會打開，液壓集成塊內(nèi)高壓區(qū)的液體會流入低壓區(qū)，壓力不再升高。當(dāng)一次加力動作完成后，由于壓頭逐漸壓入試樣表面，液壓缸體會向下移動，缸內(nèi)壓力會下降，另外，液壓系統(tǒng)還存在內(nèi)泄作用，缸內(nèi)壓力會進(jìn)一步下降，從指示表上可以看到，當(dāng)試驗(yàn)力達(dá)到29 420 N時，指針會快速下降，直到下次加力時可再次達(dá)到29 420 N。

該儀器的試驗(yàn)力不能保持，試驗(yàn)力在加載過程中大幅波動，這一點(diǎn)不符合E10關(guān)于保持試驗(yàn)力和試驗(yàn)力準(zhǔn)確度的規(guī)定，不能通過直接檢驗(yàn)。儀器可以通過間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性可以滿足E10的要求，該硬度計屬于E110定義的便攜式布氏硬度計。

6.2 電動液壓便攜式布氏硬度計

電動液壓便攜式布氏硬度計外觀如圖13所示，由中國公司生產(chǎn)。

圖13 電動液壓便攜式布氏硬度計外觀

該新型硬度計是對液壓便攜式布氏硬度計的改進(jìn)。儀器由鋰電池組供電，由電機(jī)驅(qū)動微型液壓泵自動連續(xù)加力代替了人工扳動加力桿的間歇加力，其采用微處理器自動控制加力過程，試驗(yàn)力可以保持，試驗(yàn)力的準(zhǔn)確度和硬度測試精度都符合GB/T 231.2—2012和E10的規(guī)定，可以通過直接檢驗(yàn)和間接檢驗(yàn)。其性能指標(biāo)與臺式布氏硬度計無差別。儀器取消了加力桿，一鍵即可自動完成試驗(yàn)，操作簡單，測試效率高，可大幅降低勞動強(qiáng)度。

儀器根據(jù)小型化、輕量化的原則，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加了6節(jié)大容量鋰電池組成的電池組，使用電機(jī)、微型液壓泵之后，整機(jī)的質(zhì)量保持不變，仍然是13.7 kg。

7 結(jié)語

美國標(biāo)準(zhǔn)E110定義了便攜式洛氏硬度計和便攜式布氏硬度計，這些硬度計采用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 230.1—2012，GB/T 231.1—2018，E18和E10規(guī)定的試驗(yàn)方法、試驗(yàn)力和壓頭，但是通常試驗(yàn)力和測深裝置的準(zhǔn)確度不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，有些便攜式布氏硬度計還不能保持試驗(yàn)力。這些便攜式硬度計一般不能通過標(biāo)準(zhǔn)GB/T 230.2—2012，GB/T 231.2—2012，E18和E10規(guī)定的直接檢驗(yàn)，但是其中的大部分硬度計可以通過間接檢驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

與臺式洛氏硬度計和布氏硬度計相比，大部分便攜式硬度計在進(jìn)行間接檢驗(yàn)時可以滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的示值誤差和示值重復(fù)性要求，只是指標(biāo)會偏低一些。由于現(xiàn)場使用條件不同于實(shí)驗(yàn)室，試驗(yàn)力的加載和控制是由人工完成的，試驗(yàn)結(jié)果受操作者個人因素的影響，所以實(shí)際使用中的便攜式硬度計的示值誤差和示值重復(fù)性往往會出現(xiàn)超差情況，另外，現(xiàn)場使用的便攜式硬度計故障率會高于臺式硬度計。

電動便攜式洛氏硬度計由鋰電池供電，用電機(jī)加力代替手動加力，采用了力傳感器、位移傳感器、微處理器等先進(jìn)的電子技術(shù)。該硬度計采用力傳感器閉環(huán)控制的加力方式，試驗(yàn)力準(zhǔn)確，壓痕深度測量也準(zhǔn)確。

電動便攜式布氏硬度計由鋰電池組供電，其采用電機(jī)驅(qū)動微型液壓泵連續(xù)加力，代替了人工扳動加力桿的間歇加力，在直徑為10 mm球壓頭上施加29 420 N的試驗(yàn)力，并保持規(guī)定的10 s時間，試驗(yàn)力準(zhǔn)確度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

上述電動便攜式洛氏及布氏硬度計可以通過直接檢驗(yàn)和間接檢驗(yàn)，是真正的洛氏硬度計和布氏硬度計，其主要技術(shù)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 230.2—2012，GB/T 231.2—2012，E18和E10的規(guī)定，與臺式硬度計無差別，在硬度測試準(zhǔn)確度和自動化程度方面，其與高端臺式硬度計相當(dāng)。

電動便攜式硬度計可以為人們提供與實(shí)驗(yàn)室臺式硬度計同樣準(zhǔn)確、可靠、符合規(guī)定的硬度測試數(shù)據(jù)。該硬度計可以在生產(chǎn)現(xiàn)場使用，在不損壞材料的前提下，快速、方便、準(zhǔn)確地完成硬度測試。