试样表面粗糙度对洛氏硬度测试结果的影响
杨德维
摘 要：通过相关试验分析和探讨试样表面粗糙度对洛氏硬度测试结果的影响，并指出其对实际工作的指导性意义。
关键词：表面粗糙度、洛氏硬度、国家标准、试验原理
1 引言
硬度是评定金属力学性能常用指标之一，就已经标准化的金属硬度试验方法而言，硬度的实质是材料抵抗另一较硬材料压入的能力。硬度是体现材料弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多个物理量的综合性能，通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构及热处理工艺条件下性能的差别，因此硬度试验广泛应用于金属材料性能的检验、监督热处理工艺质量及新材料的研制。
硬度试验的特点是：它属于在非破坏条件下进行的试验，测试方法比较简单，对试样的形状及尺寸适应性较强，试验效率较高，这些都是硬度试验方法得到广泛适用的原因。
目前，我国已经有了布氏硬度、维氏硬度、洛氏硬度、里氏硬度、努氏硬度和肖氏硬度试验方法的国家标准。虽然硬度试验方法相对比较简单，但影响测试结果准确度和离散度的因素很多，比如：试验装置、试样、操作方法等，这些因素在不同的硬度试验方法中影响的程度各不相同。
2 试样表面粗糙度对洛氏硬度测试结果的影响
2.1 国家标准规定
本次选取洛氏硬度，来进行试样表面粗糙度对洛氏硬度测试结果影响的探讨和研究。
GB/T 230.1-2009《金属材料洛氏硬度试验第1部分:试验方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)》中对试样的表面质量规定：“试样表面应光滑平坦，无氧化皮及外来污物，尤其不应有油脂，建议试样表面粗糙度Ra不大于0.8μm，产品或材料标准另有规定除外。”此规定是在2004版标准发布时增加的内容。
从标准要求中我们不难看出两个要点：一、要尽量保证试样表面是一个平面；二、要求表面粗糙度不能过于粗糙。
2.2 试验准备
为了研究表面对洛氏硬度测试结果准确度和离散度的影响我们也做个一些试样实物的研究。
我们加工了一些试样。为了避免其他因素，如试样的材质、硬度均匀性、试样厚度等引入的测试误差，我们设计了如下方案：首先选取一根直径为40mm的棒材，经过一定的热处理工艺得到某一硬度，然后用线切割的方法获得厚度为10mm的试样，分别对试样表面进行机加工获得不同的表面粗糙度：Ra3.2、Ra1.6、Ra0.8、Ra0.4、Ra0.2，分别对试样进行测量，从测试数据分析表面粗糙度度对洛氏硬度的影响；选取30HRC和50HRC分别加工两组这样的试样。
2.3 实测数据
按照设计的方案，试样加工完成后，用表面粗糙度测试仪对试样的表面粗糙度进行了测试，得到了两组粗糙度梯度明显的试样，见表1。
2.4 试验结论
从这两组数据可以看出，试样表面粗糙度值大于0.8μm时，随着粗糙度增加，洛氏硬度示值变化波动增大，试验数据比较分散，硬度值减小，而小于等于0.8μm时，硬度示值变化波动减小，硬度值也趋于稳定。
3 分析
硬度的实质是材料抵抗另一较硬材料压入的能力，洛氏硬度试验是使用测量压痕深度的原理计算硬度值。
试样表面粗糙度的增加表明微观上表面的凹凸不平幅度变大，在相同试验力作用下压头压入时所受到的抗力就减小了，压入深度就会更大些，因此在较粗糙的试样上反映出的洛氏硬度值偏小。当试样表面粗糙度减小，即试样表面向理想平面接近，那么其表面的凹凸不平幅度减小，压头压入的抗力增加，压入深度就会减小，硬度值变大；但当粗糙度达到一定值时，此种变化的斜率会趋于水平。
4 结论
4.1 当试样表面粗糙度变大时，洛氏硬度试验数据的离散度变大。
4.2试样表面粗糙度值大于0.8μm时，随着粗糙度增加，洛氏硬度示值变化波动增大，硬度值减小。
4.3 试样表面粗糙度值小于等于0.8μm时，硬度示值变化波动减小，硬度值也趋于稳定。
4.4 国家标准规定“试样表面粗糙度Ra不大于0.8μm”是合理的，可以保证测试结果的准确度和离散度。
5 结论对实际应用的指导性
表面粗糙度对洛氏硬度测试结果有着一定的影响，国家标准关于洛氏硬度测试过程种关于表面粗糙度的规定虽然是建议性的，但是对于我们检测机构来说却是合理和必要的。
在其他硬度的国家标准中对试样表面粗糙度也有类似的要求，所以我们在硬度的检测时一定要考虑到表面粗糙度度对硬度测试结果的影响。如果表面粗糙度达不到标准规定的要求，应考虑测试结果的准确性和应对试样在不破坏硬度的基础上对表面进行必要的加工处理。
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