材料硬度统一对比研究方法及其使用的硬度计技术

本发明专利技术涉及一种材料硬度统一对比研究方法及其使用的硬度计，其属于工程力学基础理论与应用技术以及仪器仪表制造研究领域。其方法为，不同测试应力下同一个材料的硬度之间的相互换算关系式为：σmax＝T1σ1＝Tσ，即其硬度计包括，作用学硬度计和作用学锤击硬度计。本发明专利技术的有益效果是：基于作用学新理论，解决了现有硬度测试数据统一性、可对比性差方面的问题，为基础理论科学、基础理论应用科学、工程材料性质科学的发展与完善拓宽了道路，使得硬度测量工具制造工业得以进一步完善与发展。

A unified method for the study of hardness of materials and its hardness tester

The invention relates to a method for uniform comparison of hardness of materials and its hardness tester, which belongs to the basic theory and application technology of Engineering Mechanics and the research field of instrument and meter manufacturing. The method is that the hardness of the hardness of the same material under different test stress is: max = T1 = 1 sigma = T, which includes the hardness tester and the impact hammer hardness tester. The beneficial effect of the invention is: the role of learning new theory based on the solution of the existing hardness test data completeness, problems of comparative difference theory, the basic theory of science and applied science, engineering science and material properties of the development and improvement of the roads had been widened, the hard degree measuring tool manufacturing industry to further perfection and development.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种材料硬度统一对比研究方法及其使用的硬度计，其属于工程力学基础理论与应用技术以及仪器仪表制造研究领域。
技术介绍
2013年8月26日产生的专利号为ZL2013103851487的专利技术给出了测定岩石硬度的一种新的理论公式、方法与仪器。其公式为T＝(Δt1/Δt)100％。式中，T表示被测试材料的硬度；Δt表示标准硬度矿物(最硬矿物)等厚度钻透时间；Δt1表示被测岩石的等厚度钻透时间。同时给出了确定参数Δt的一种方法：选定一种已知硬度的矿物，将其切磨成标准厚度切片，用测试硬度的电钻将其钻透，获得穿透时间Δt1，然后根据公式来获得Δt值。但是，该专利技术对硬度数据的统一性问题研究较少，对硬度数据的对比方法研究不足，并且不涉及其它具体的硬度测试方法，不适用于金属和其它非金属硬度的测试，实用转化意义不大。其他现有传统硬度测试方法大部分存在理论缺陷，公式不正确，导致测试结果不正确、适用范围狭窄，产生了统一对比性问题。例如，洛氏硬度计的基本公式是T＝N-h/S，到目前为止，由该公式产生了3个派生的定式：当测得某个试件的压入深度为h＝0.2时，根据公式T＝100-h/0.002来计算，结果是T＝100-0.2/0.002＝0，如果根据公式T＝130-h/0.002来计算，则T＝130-0.2/0.002＝30；如果根据公式T＝100-h/0.001来计算，得出来的结果是T＝100-0.2/0.001＝-100；而实际上这个被测试材料的硬度应该是T＝20。因此，三个定式都不正确。当变形量大于0.2时，用公式T＝100-h/0.002来计算，得出来的洛氏硬度值是负数。可见，洛氏硬度在理论上就明显错误。洛氏硬度实际上在理论上对硬度数值进行了如下标定：硬度为T＝20的材料，其洛氏硬度为TRA＝0，其误区很大。目前人们都认为：洛氏硬度的适用范围是20～70。其实这是错误认识。公式不正确，测试结果数据错误，何谈统一性、可对比性、适用性、精确性？当前的硬度公式中的参数，大多数都被确定为定参数，并且，这种定参数在任何条件下也都不是正确的。总之，当前硬度理论与测试方法以及测试结果都存在统一性、可对比性不足的缺陷。现有硬度计已经经历了很长时间的实物生产与使用实践，就具体选用的测试办法而言，已经具备了科学性。也就是说，现有硬度计借助于作用、使试件变形的方法来测试硬度的办法是没有错的。但是，现有硬度测试方法与硬度计存在重要不足：对硬度概念的认识缺乏科学性；使用的硬度计算公式存在错误或存在不足问题；有的硬度计采集的、用于硬度计算的数据存在不科学性，如用对角线、变形面积计算硬度，都不能获得正确的硬度数据；在硬度测试中使用模块、大致确定材料硬度的思想方法和实测方法不正确。基于当前硬度理论在硬度数据统一性方面研究的不足和硬度对比方法研究较少的不足以及具体硬度测试中硬度数据确定的模糊性方法的不足，本专利技术提出并解决了材料硬度数据统一性和对比性研究方法问题，为硬度测试理论与应用方法的完善进一步奠定了基础。
技术实现思路
本专利技术针对目前硬度理论与测试方法以及测试结果存在统一性认识不足和可对比性差的缺陷，提供一种材料硬度统一对比研究方法及其使用的硬度计。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种材料硬度统一对比研究方法，根据作用学理论可知，材料在不同测试应力作用条件下的硬度数值不同，但是，材料的极限承载应力是一种不因测试应力σ大小变化而改变的固定值，即σmax＝Tσ；由此可知，在不同测试应力下同一个材料的硬度之间的相互换算关系式为：σmax＝T1σ1＝Tσ，即式中，σ表示第一种测试应力，即标准测试应力；T表示在测试应力σ下获得的硬度数据，即作用学硬度；σ1表示第二种测试应力；T1表示在测试应力σ1下获得的硬度数据。洛氏硬度与作用学硬度可通过一个调整系数来建立统一关系，即洛氏硬度与作用学硬度之间的关系式为式中，T表示作用学硬度；HR表示洛氏硬度；h表示塑性变形压痕深度；分母中的0.002(毫米)是每洛氏硬度单位对应的压痕深度；b表示新专利技术的作用学硬度与洛氏硬度之间的互换系数。材料硬度统一对比研究方法所使用的作用学硬度计，包括带有扳机的枪体，在枪膛的后部设有由扳机控制的弹簧和弹簧锤，前部设有通过约束体安装的探杆；在所述探杆上通过连杆和曲轴设置可安装变形表的变形表针旋转轴甲。材料硬度统一对比研究方法所使用的作用学锤击硬度计，包括带有开关按键、数显屏和底盘的壳体，在壳体内部由上而下依次设有重锤提升器、由约束筒安装的重锤、由曲轴安装的变形表针旋转轴乙、试件托盘和托盘升降杆；在变形表针旋转轴乙上设有变形表、一侧设有传感器；所述约束筒的高度为35cm，即重锤的下落高度为35cm；所述托盘升降杆为螺旋杆结构。本专利技术的有益效果是：基于作用学新理论，解决了现有硬度测试数据统一性、可对比性差方面的问题，为基础理论科学、基础理论应用科学、工程材料性质科学的发展与完善拓宽了道路，使得硬度测量工具制造工业得以进一步完善与发展。附图说明图1为材料硬度与作用强度之间的关系曲线示意图；图2-1为大应力作用下测得的硬度-应变关系曲线图；图2-2为小应力作用下测得的硬度-应变关系曲线图；图3为本专利技术硬度曲线与洛氏硬度曲线对比图；图4为作用学硬度计结构示意图；图5-1为作用学硬度计的变形表工作原理图；图5-2为作用学硬度计的变形表的变形量与表针指数增量关系；图6为作用学锤击硬度计工作原理示意图；图7-1为作用学锤击硬度计的变形表工作原理图；图7-2为作用学锤击硬度计的变形表的相关量关系示意图。在图4中，1枪膛；2、弹簧；3、枪体；4、弹簧锤；5、扳机；6、约束体；7、曲轴；8、连杆；9、变形表针旋转轴甲；10、探杆。在图6中，11、重锤提升器；12、开关按键；13、重锤；14、约束筒；15、曲轴；16、变形表针旋转轴乙；17、数显屏；18、传感器；19、变形表；20、试件托盘；21、托盘升降杆；22、底盘。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。一、材料硬度统一性规律认识和可对比性研究方法1、解决硬度统一规律认识问题A、正确认识硬度与作用之间关系的一般规律根据作用学理论与实验证明：材料往往在不同作用条件下显示不同硬度。对于具有一定可塑性特点的材料，其硬度变化有较大范围。一般来说，当测试应力小于极限应力时，材料的硬度保持为100；当测试应力超过极限应力时，材料的硬度随着应力的增大而减小。任何材料的硬度都不是恒定不变的值，而是一种具有很强的变化性的变量。首先，硬度随着作用强度即应力的变化而变化。当作用应力很小时，材料的硬度等于100％，作用不能使材料产生任何变形；当应力增大到一定程度数值时，材料开始产生一定量的变形，材料的硬度就小于100％；应力越大，材料的硬度越小。若连续变更施测作用应力，那么，被测材料的硬度会有连续变化硬度数值产生，如图1所示。其次，施测材料的硬度对硬度测试结果也产生直接影响。若施测材料过软，被测材料过硬，即被测材料的硬度大于施测材料的硬度，那么，通过实测获得的材料硬度值将会很大。第三，作用方式不同，材料的硬度也会有所不同。第四，材料的硬度还随着温度的增大而减小。同一个试件，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种材料硬度统一对比研究方法，其特征在于，根据作用学理论可知，材料在不同测试应力作用条件下的硬度数值不同，但是，材料的极限承载应力是一种不因测试应力σ大小变化而改变的固定值，即σmax＝Tσ；由此可知，在不同测试应力下同一个材料的硬度之间的相互换算关系式为：即式中，σ表示第一种测试应力，即标准测试应力；T表示在测试应力σ下获得的硬度数据，即作用学硬度；σ2表示第二种测试应力；T1表示在测试应力σ1下获得的硬度数据。

【技术特征摘要】
1.一种材料硬度统一对比研究方法，其特征在于，根据作用学理论可知，材料在不同测试应力作用条件下的硬度数值不同，但是，材料的极限承载应力是一种不因测试应力σ大小变化而改变的固定值，即σmax＝Tσ；由此可知，在不同测试应力下同一个材料的硬度之间的相互换算关系式为：即式中，σ表示第一种测试应力，即标准测试应力；T表示在测试应力σ下获得的硬度数据，即作用学硬度；σ2表示第二种测试应力；T1表示在测试应力σ1下获得的硬度数据。2.根据权利要求1所述的材料硬度统一对比研究方法，其特征在于：洛氏硬度与作用学硬度可通过一个调整系数来建立统一关系，即洛氏硬度与作用学硬度之间的关系式为T=HR+bh0.002(0.002+b)]]>式中，T表示作用学硬度；HR表示洛氏硬度；h表示塑性变形压痕深度；分母中的0.002(毫米)是每洛氏硬度单位对应的压痕深度；b表示新发明的作用学硬度与洛氏硬度之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昌益，王耀慧，
申请(专利权)人：王昌益，
类型：发明
国别省市：山东;37