本發(fā)明涉及一種材料硬度統(tǒng)一對比研究方法及其使用的硬度計，其屬于工程力學(xué)基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)以及儀器儀表制造研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

2013年8月26日產(chǎn)生的專利號為ZL2013103851487的發(fā)明給出了測定巖石硬度的一種新的理論公式、方法與儀器。其公式為T＝(Δt₁/Δt)100％。式中，T表示被測試材料的硬度；Δt表示標(biāo)準(zhǔn)硬度礦物(最硬礦物)等厚度鉆透時間；Δt₁表示被測巖石的等厚度鉆透時間。同時給出了確定參數(shù)Δt的一種方法：選定一種已知硬度的礦物，將其切磨成標(biāo)準(zhǔn)厚度切片，用測試硬度的電鉆將其鉆透，獲得穿透時間Δt₁，然后根據(jù)公式來獲得Δt值。但是，該發(fā)明對硬度數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性問題研究較少，對硬度數(shù)據(jù)的對比方法研究不足，并且不涉及其它具體的硬度測試方法，不適用于金屬和其它非金屬硬度的測試，實用轉(zhuǎn)化意義不大。

其他現(xiàn)有傳統(tǒng)硬度測試方法大部分存在理論缺陷，公式不正確，導(dǎo)致測試結(jié)果不正確、適用范圍狹窄，產(chǎn)生了統(tǒng)一對比性問題。例如，洛氏硬度計的基本公式是T＝N-h/S，到目前為止，由該公式產(chǎn)生了3個派生的定式：

當(dāng)測得某個試件的壓入深度為h＝0.2時，根據(jù)公式T＝100-h/0.002來計算，結(jié)果是T＝100-0.2/0.002＝0，如果根據(jù)公式T＝130-h/0.002來計算，則T＝130-0.2/0.002＝30；如果根據(jù)公式T＝100-h/0.001來計算，得出來的結(jié)果是T＝100-0.2/0.001＝-100；而實際上這個被測試材料的硬度應(yīng)該是T＝20。因此，三個定式都不正確。當(dāng)變形量大于0.2時，用公式T＝100-h/0.002來計算，得出來的洛氏硬度值是負數(shù)?？梢?，洛氏硬度在理論上就明顯錯誤。洛氏硬度實際上在理論上對硬度數(shù)值進行了如下標(biāo)定：硬度為T＝20的材料，其洛氏硬度為T_RA＝0，其誤區(qū)很大。目前人們都認為：洛氏硬度的適用范圍是20～70。其實這是錯誤認識。公式不正確，測試結(jié)果數(shù)據(jù)錯誤，何談統(tǒng)一性、可對比性、適用性、精確性？

當(dāng)前的硬度公式中的參數(shù)，大多數(shù)都被確定為定參數(shù)，并且，這種定參數(shù)在任何條件下也都不是正確的。總之，當(dāng)前硬度理論與測試方法以及測試結(jié)果都存在統(tǒng)一性、可對比性不足的缺陷。

現(xiàn)有硬度計已經(jīng)經(jīng)歷了很長時間的實物生產(chǎn)與使用實踐，就具體選用的測試辦法而言，已經(jīng)具備了科學(xué)性。也就是說，現(xiàn)有硬度計借助于作用、使試件變形的方法來測試硬度的辦法是沒有錯的。但是，現(xiàn)有硬度測試方法與硬度計存在重要不足：對硬度概念的認識缺乏科學(xué)性；使用的硬度計算公式存在錯誤或存在不足問題；有的硬度計采集的、用于硬度計算的數(shù)據(jù)存在不科學(xué)性，如用對角線、變形面積計算硬度，都不能獲得正確的硬度數(shù)據(jù)；在硬度測試中使用模塊、大致確定材料硬度的思想方法和實測方法不正確。

基于當(dāng)前硬度理論在硬度數(shù)據(jù)統(tǒng)一性方面研究的不足和硬度對比方法研究較少的不足以及具體硬度測試中硬度數(shù)據(jù)確定的模糊性方法的不足，本發(fā)明提出并解決了材料硬度數(shù)據(jù)統(tǒng)一性和對比性研究方法問題，為硬度測試?yán)碚撆c應(yīng)用方法的完善進一步奠定了基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對目前硬度理論與測試方法以及測試結(jié)果存在統(tǒng)一性認識不足和可對比性差的缺陷，提供一種材料硬度統(tǒng)一對比研究方法及其使用的硬度計。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

一種材料硬度統(tǒng)一對比研究方法，根據(jù)作用學(xué)理論可知，材料在不同測試應(yīng)力作用條件下的硬度數(shù)值不同，但是，材料的極限承載應(yīng)力是一種不因測試應(yīng)力σ大小變化而改變的固定值，即σ_max＝Tσ；由此可知，在不同測試應(yīng)力下同一個材料的硬度之間的相互換算關(guān)系式為：

σ_max＝T₁σ₁＝Tσ，即

式中，σ表示第一種測試應(yīng)力，即標(biāo)準(zhǔn)測試應(yīng)力；T表示在測試應(yīng)力σ下獲得的硬度數(shù)據(jù)，即作用學(xué)硬度；σ₁表示第二種測試應(yīng)力；T₁表示在測試應(yīng)力σ₁下獲得的硬度數(shù)據(jù)。

洛氏硬度與作用學(xué)硬度可通過一個調(diào)整系數(shù)來建立統(tǒng)一關(guān)系，即洛氏硬度與作用學(xué)硬度之間的關(guān)系式為

式中，T表示作用學(xué)硬度；H_R表示洛氏硬度；h表示塑性變形壓痕深度；分母中的0.002(毫米)是每洛氏硬度單位對應(yīng)的壓痕深度；b表示新發(fā)明的作用學(xué)硬度與洛氏硬度之間的互換系數(shù)。

材料硬度統(tǒng)一對比研究方法所使用的作用學(xué)硬度計，包括帶有扳機的槍體，在槍膛的后部設(shè)有由扳機控制的彈簧和彈簧錘，前部設(shè)有通過約束體安裝的探桿；在所述探桿上通過連桿和曲軸設(shè)置可安裝變形表的變形表針旋轉(zhuǎn)軸甲。

材料硬度統(tǒng)一對比研究方法所使用的作用學(xué)錘擊硬度計，包括帶有開關(guān)按鍵、數(shù)顯屏和底盤的殼體，在殼體內(nèi)部由上而下依次設(shè)有重錘提升器、由約束筒安裝的重錘、由曲軸安裝的變形表針旋轉(zhuǎn)軸乙、試件托盤和托盤升降桿；在變形表針旋轉(zhuǎn)軸乙上設(shè)有變形表、一側(cè)設(shè)有傳感器；所述約束筒的高度為35cm，即重錘的下落高度為35cm；所述托盤升降桿為螺旋桿結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果是：基于作用學(xué)新理論，解決了現(xiàn)有硬度測試數(shù)據(jù)統(tǒng)一性、可對比性差方面的問題，為基礎(chǔ)理論科學(xué)、基礎(chǔ)理論應(yīng)用科學(xué)、工程材料性質(zhì)科學(xué)的發(fā)展與完善拓寬了道路，使得硬度測量工具制造工業(yè)得以進一步完善與發(fā)展。

附圖說明

圖1為材料硬度與作用強度之間的關(guān)系曲線示意圖；

圖2-1為大應(yīng)力作用下測得的硬度-應(yīng)變關(guān)系曲線圖；

圖2-2為小應(yīng)力作用下測得的硬度-應(yīng)變關(guān)系曲線圖；

圖3為本發(fā)明硬度曲線與洛氏硬度曲線對比圖；

圖4為作用學(xué)硬度計結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5-1為作用學(xué)硬度計的變形表工作原理圖；

圖5-2為作用學(xué)硬度計的變形表的變形量與表針指數(shù)增量關(guān)系；

圖6為作用學(xué)錘擊硬度計工作原理示意圖；

圖7-1為作用學(xué)錘擊硬度計的變形表工作原理圖；

圖7-2為作用學(xué)錘擊硬度計的變形表的相關(guān)量關(guān)系示意圖。

在圖4中，1槍膛；2、彈簧；3、槍體；4、彈簧錘；5、扳機；6、約束體；7、曲軸；8、連桿；9、變形表針旋轉(zhuǎn)軸甲；10、探桿。

在圖6中，11、重錘提升器；12、開關(guān)按鍵；13、重錘；14、約束筒；15、曲軸；16、變形表針旋轉(zhuǎn)軸乙；17、數(shù)顯屏；18、傳感器；19、變形表；20、試件托盤；21、托盤升降桿；22、底盤。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

一、材料硬度統(tǒng)一性規(guī)律認識和可對比性研究方法

1、解決硬度統(tǒng)一規(guī)律認識問題

A、正確認識硬度與作用之間關(guān)系的一般規(guī)律

根據(jù)作用學(xué)理論與實驗證明：材料往往在不同作用條件下顯示不同硬度。對于具有一定可塑性特點的材料，其硬度變化有較大范圍。一般來說，當(dāng)測試應(yīng)力小于極限應(yīng)力時，材料的硬度保持為100；當(dāng)測試應(yīng)力超過極限應(yīng)力時，材料的硬度隨著應(yīng)力的增大而減小。

任何材料的硬度都不是恒定不變的值，而是一種具有很強的變化性的變量。首先，硬度隨著作用強度即應(yīng)力的變化而變化。當(dāng)作用應(yīng)力很小時，材料的硬度等于100％，作用不能使材料產(chǎn)生任何變形；當(dāng)應(yīng)力增大到一定程度數(shù)值時，材料開始產(chǎn)生一定量的變形，材料的硬度就小于100％；應(yīng)力越大，材料的硬度越小。若連續(xù)變更施測作用應(yīng)力，那么，被測材料的硬度會有連續(xù)變化硬度數(shù)值產(chǎn)生，如圖1所示。其次，施測材料的硬度對硬度測試結(jié)果也產(chǎn)生直接影響。若施測材料過軟，被測材料過硬，即被測材料的硬度大于施測材料的硬度，那么，通過實測獲得的材料硬度值將會很大。第三，作用方式不同，材料的硬度也會有所不同。第四，材料的硬度還隨著溫度的增大而減小。同一個試件，用不同強度的作用來測試，可以得到0～100標(biāo)尺范圍內(nèi)中的任意一個數(shù)。也就是說，同一個試件的硬度數(shù)值可以很多，而不是不可改變的常數(shù)。

材料硬度是一種變量，用不同的作用應(yīng)力、不同施測材料測定同一個材料的硬度會獲得不同硬度值，要通過測定獲得統(tǒng)一可對比的硬度數(shù)值，就必須確保測試硬度的作用應(yīng)力相同，作用方式相同，施測材料盡量選擇硬質(zhì)、相同的。

B、正確認識材料硬度統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

統(tǒng)一是一種自然規(guī)律。然而，任何一種材料都可以因測試力的不同而產(chǎn)生不同的硬度數(shù)據(jù)，所以，自然界中不存在統(tǒng)一的硬度標(biāo)準(zhǔn)。因此，要想確定一種具有統(tǒng)一性的硬度數(shù)據(jù)，就必須人為規(guī)定一種標(biāo)準(zhǔn)的作用強度，在該標(biāo)準(zhǔn)作用強度下即在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)的測試應(yīng)力下所測得的硬度數(shù)據(jù)才能具有統(tǒng)一性規(guī)律。

然而，由于硬度測試往往受條件限制，不能采用統(tǒng)一的測試力。因為，對于較軟材料來說，若測試力過大，將會導(dǎo)致較大的變形量產(chǎn)生，不便于用于成品試件的測試；而對于較硬質(zhì)材料而言，若測試力相對較小，測試結(jié)果將不產(chǎn)生變形，無法獲得正確的硬度數(shù)值。為了解決這個問題，需要采取一種硬度數(shù)據(jù)相互換算的辦法。

C、正確認識不同測試力下測得的不同硬度數(shù)據(jù)之間的關(guān)系

ⅰ、不同測試力下的硬度數(shù)據(jù)具有獨立性

在不同測試力作用下，不僅任何一種材料的硬度數(shù)值不同，而且其計算硬度公式中的參數(shù)取值也是不同的。這反映出不同應(yīng)力下硬度數(shù)值具有獨立性的規(guī)律。因此，隨著應(yīng)力的改變，計算硬度公式中的參數(shù)相應(yīng)需要調(diào)整。

發(fā)明專利2013103851487給出來的硬度計算公式T＝(Δt_i/Δt)100％和發(fā)明專利發(fā)明專利201610301680X給出的硬度計算公式T＝(1-x/l)100％中的Δt和l一般可被視為參數(shù)。當(dāng)測試應(yīng)力由σ改變?yōu)棣?sub>1時，測得同一個材料產(chǎn)生相同變形量所需要的時間由Δt₀變?yōu)棣₁；測得同一個材料在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的變形量由x₀變?yōu)閤₁；相應(yīng)的參數(shù)由Δt變?yōu)棣′、由l變?yōu)閘′；相應(yīng)的硬度值則由T₀變?yōu)門₁，硬度計算公式分別為

T＝(Δt₀/Δt)100％和T₁＝(Δt₁/Δt′)100％

或T₀＝(1-x₀/l)100％和T₁＝(1-x₁/l′)100％。

那么，參數(shù)Δt′和l′是怎樣確定的呢？與確定Δt和l的參數(shù)確定方法相同，仍然選擇同樣一個已知硬度的材料，測試其等變形量所需要的變形時間Δt₁′和其在等時間內(nèi)產(chǎn)生的變形量x′，然后，將已知硬度材料的硬度值T₀、已知硬度材料產(chǎn)生一定變形量所需要的作用時間Δt₁′代入公式T₀＝(Δt₁′/Δt′)100％，通過計算得到參數(shù)Δt′＝(Δt₁′/T₀)100％；將已知硬度T₀、已知硬度材料在一定作用時間產(chǎn)生的變形量x′代入公式T₀＝(1-x′/l′)100％，通過計算得到參數(shù)l′＝100％x′/(100％-T₀)。當(dāng)參數(shù)Δt′或l′數(shù)據(jù)獲得以后，便可測定各種材料在應(yīng)力σ₁作用下表現(xiàn)出來的硬度數(shù)值。

例如，已知標(biāo)準(zhǔn)硬度材料的硬度為T₀＝50，在壓入力P的壓入下產(chǎn)生了一個壓入變形量x＝0.0125值，根據(jù)公式

T＝(1-x/l)100％

得

當(dāng)壓入力為時，用其對已知硬度為T₀＝50的試件進行測試，得出來的變形量是x＝0，所以，其硬度變?yōu)門₀′＝100。即T＝(1-x/l)100％＝100％。為什么呢？因為，應(yīng)力變小，不僅變形數(shù)據(jù)和硬度數(shù)值相應(yīng)發(fā)生變化，而且計算參數(shù)l值也相應(yīng)發(fā)生變化。這反映出了不同作用條件下硬度與作用、變形之間的關(guān)系規(guī)律發(fā)生改變的客觀規(guī)律。計算參數(shù)的改變反映不同作用條件下硬度計算公式和硬度數(shù)據(jù)的獨立性。那么，應(yīng)該怎樣確定其相應(yīng)的參數(shù)呢？

選擇在大測試力下測得硬度為T₀′＝5的材料，用之作標(biāo)準(zhǔn)硬度材料，在小的測試力下對其進行硬度測試，獲得變形量x′＝0.1125；由于測試力減小一半，變形量也相應(yīng)減小一半，所以，大應(yīng)力下的變形數(shù)據(jù)2x′＝2×0.1125＝0.225對應(yīng)的硬度值T＝10是小應(yīng)力下變形數(shù)據(jù)x′＝0.1125對應(yīng)的硬度值T＝10。因此，根據(jù)公式T＝(1-x/l)100％，可通過計算獲得改變測試力后的參數(shù)l′值。即

l參數(shù)還可以通過另一種實驗方法來獲得：用空間作試件，其硬度為T＝0，用硬度測試儀對空間進行作用，然后直接測得探頭在特定測試力支配下在特定時間內(nèi)的伸長量x值，這個x就等于l。即，根據(jù)T＝(1-x/l)100％，得

0＝(1-x/l)100％，0＝1-x/l，x/l＝1，x＝l。

由于探頭在特定測試力驅(qū)使下在特定時間內(nèi)的伸長量為l，使l構(gòu)成了被測試材料的極限變形量，從而決定了最軟材料的變形量也不會大于l值，所以，使用作用學(xué)硬度計算公式T＝(1-x/l)100％來計算硬度永遠不會得出小于0的硬度數(shù)據(jù)，這是作用學(xué)硬度理論與洛氏硬度理論差別的一種體現(xiàn)。

硬度計算公式中的參數(shù)l值是有客觀含義的。其中，l值是指測試工具即探頭在特定作用下在特定時間內(nèi)能夠產(chǎn)生的極限位移量，并不是任意通過實測方法或思維觀念確定的參數(shù)。

作用學(xué)硬度可以用小數(shù)、百分?jǐn)?shù)、千分?jǐn)?shù)、萬分?jǐn)?shù)來表述，但不能用整數(shù)來表述。由于人們習(xí)慣用整數(shù)，所以，作用學(xué)硬度選擇取百分?jǐn)?shù)中的整數(shù)作為硬度數(shù)值，也可用千分?jǐn)?shù)中的整數(shù)作硬度數(shù)值。

總之，不同測試應(yīng)力下，材料的硬度計算公式是獨立的，計算參數(shù)是獨立的，硬度取值與標(biāo)尺是獨立的。在不同測試應(yīng)力下測得的硬度數(shù)據(jù)不能直接進行對比，必須經(jīng)過換算以后才能進行對比。

ⅱ、不同測試作用下硬度數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性研究方法——硬度換算公式

不同測試力作用下材料的不同硬度數(shù)據(jù)之間的統(tǒng)一性主要體現(xiàn)在它們之間具有相互對應(yīng)的互相換算關(guān)系上。根據(jù)作用學(xué)理論，可推導(dǎo)出不同測試應(yīng)力下同一個材料的不同硬度數(shù)據(jù)之間的相互換算方法如下：

材料在不同測試應(yīng)力作用條件下的硬度數(shù)值不同，但是，材料的極限承載應(yīng)力是一種不因測試應(yīng)力σ大小變化而改變的固定值，即σ_max＝Tσ。根據(jù)這個規(guī)律可以推導(dǎo)出不同應(yīng)力作用條件下的硬度之間的相互換算關(guān)系式為

σ_max＝T₁σ₁＝Tσ。即

式中，σ表示第一種測試應(yīng)力，即標(biāo)準(zhǔn)測試應(yīng)力；T表示在測試應(yīng)力σ下獲得的硬度數(shù)據(jù)；σ₂表示第二種測試應(yīng)力；T₁表示在測試應(yīng)力σ₁下獲得的硬度數(shù)據(jù)。

換算方法舉例：

如表1中給出來的數(shù)據(jù)，在大應(yīng)力σ下測得的硬度為T＝5，而在小應(yīng)力下測得的硬度為T₁＝10，兩個數(shù)據(jù)不等，但二者之間具有對應(yīng)關(guān)系

表1不同應(yīng)力下測得的硬度數(shù)據(jù)對照表

[表中數(shù)據(jù)取自實驗和作用學(xué)硬度計算公式之一的計算結(jié)果]

如果材料在小的測試應(yīng)力下測得的硬度是T₁＝80，那么，該材料在大的測試應(yīng)力σ下測得的硬度應(yīng)該是多少？根據(jù)換算公式，得

可見，材料在不同應(yīng)力下測得的硬度數(shù)據(jù)差別是很大的，但它們之間也具有統(tǒng)一性和可對比性——經(jīng)過換算后可以進行對比。

總之，不同測試應(yīng)力條件下材料的硬度數(shù)值不同，但各個不同硬度值之間具有相互統(tǒng)一關(guān)系規(guī)律，可互相換算。若測試結(jié)果與這種統(tǒng)一關(guān)系規(guī)律不符，那就錯了。

D、不同材料、不同應(yīng)力下的硬度統(tǒng)一研究與對比方法

不同材料的硬度統(tǒng)一與可對比性，決定于是否是在相同作用條件下測得硬度數(shù)據(jù)。在相同作用條件下測得的硬度數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一性和可對比性：硬材料硬度大；軟材料硬度??；各種硬度數(shù)據(jù)可以直接相比較。但是，在不同應(yīng)力下測得的硬度數(shù)據(jù)不能直接進行對比。例如，在100公斤測試力下測得某材料的硬度是T₁₀₀＝80，在60公斤測試力下測得另一個材料的硬度是T₆₀＝80，那么，不能認為這兩種材料的硬度相等，實際上它們的硬度是不相等的。因為，在60公斤測試力下測得的硬度值80與在100公斤測試力下測得的硬度值

相當(dāng)。因此，不同應(yīng)力下測得的硬度數(shù)據(jù)不能直接進行對比，必須通過換算以后才能相互對比。

如圖2所示，不同測試應(yīng)力條件下測得各種材料的硬度-變形關(guān)系曲線之間具有相似性。但是，測試應(yīng)力小，所能測得的硬度范圍小。即，小的測試應(yīng)力只能測試較軟材料的硬度，對于較硬材料的硬度沒有區(qū)分性。如表1所示數(shù)據(jù)，用很大測試應(yīng)力測試，自然界中的各種不同材料的硬度變化范圍是0～100％，但用一個較小的測試應(yīng)力來測試，所能區(qū)分的硬度數(shù)據(jù)被限定在一定區(qū)間范圍內(nèi)：T[0，50]。當(dāng)材料的硬度大于50時，在這個較小的測試應(yīng)力下就無法測試了。但是，用小應(yīng)力來測硬度，獲得的硬度數(shù)值在百分尺上標(biāo)定的也是介于0～100之間的數(shù)，這些數(shù)與大應(yīng)力下測得的硬度數(shù)之間并不對應(yīng)，需在換算基礎(chǔ)上進行對比。

F、新發(fā)明作用學(xué)硬度數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)硬度數(shù)據(jù)的互換方法

各種傳統(tǒng)硬度測試方法產(chǎn)生了許多不同硬度數(shù)據(jù)，在實踐中人們對這些硬度數(shù)據(jù)也進行了大量的統(tǒng)一與對比性研究。但是，這種對比是在沒有確切的硬度理論、沒有硬度統(tǒng)一基本規(guī)律做尺度情況下進行的，結(jié)果始終得不到應(yīng)有的數(shù)據(jù)對比結(jié)果。根據(jù)作用學(xué)，應(yīng)變與硬度之間的關(guān)系是一種反比例關(guān)系，即，在一定應(yīng)力作用下，材料的應(yīng)變越大，其硬度值越??；反之，應(yīng)變越小，硬度越大。傳統(tǒng)硬度測試方法一般不能確定這種關(guān)系規(guī)律，其硬度數(shù)據(jù)也經(jīng)常不符合這種客觀規(guī)律，其本身的科學(xué)性和可對比性就很差，其統(tǒng)一性、可對比性差。在傳統(tǒng)硬度測試數(shù)據(jù)中，雖然有些硬度數(shù)據(jù)貌似具有科學(xué)性，如洛氏硬度數(shù)據(jù)，能在一定程度上體現(xiàn)硬度特點，但實際上卻不能確切反映硬度規(guī)律。新發(fā)明的硬度理論及其硬度測試方法有著堅實的理論基礎(chǔ)，有著硬度統(tǒng)一基本規(guī)律做尺度，新產(chǎn)生的硬度數(shù)據(jù)具有準(zhǔn)確性，能夠確切體現(xiàn)硬度規(guī)律，為硬度數(shù)據(jù)統(tǒng)一對比研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。

表2是通過實驗獲得的洛氏硬度數(shù)據(jù)和新發(fā)明的作用學(xué)硬度數(shù)據(jù)，兩種數(shù)據(jù)形成了鮮明的對比，人們可以直觀地確定哪些數(shù)據(jù)是錯誤的，哪些數(shù)據(jù)是正確的。很顯然，表中為負數(shù)的洛氏硬度是錯誤數(shù)據(jù)，與作用學(xué)硬度相差很大的洛氏硬度數(shù)據(jù)是錯誤數(shù)據(jù)，與作用學(xué)硬度數(shù)據(jù)接近的洛氏硬度數(shù)據(jù)是接近正確的洛氏硬度數(shù)據(jù)。從表2中數(shù)據(jù)可以看出，洛氏硬度數(shù)據(jù)正確的不多，接近正確的也不多。材料越軟，洛氏硬度數(shù)據(jù)誤差越大。

從圖3中的兩種曲線對比也可以清楚看出：除了硬度最大材料的洛氏硬度值是正確的以外，其它洛氏硬度數(shù)據(jù)都不正確。材料越軟，其洛氏硬度值的誤差越大。

由于傳統(tǒng)硬度數(shù)據(jù)的誤差如洛氏硬度數(shù)據(jù)的誤差產(chǎn)生于其基本理論，來自于其計算公式的不科學(xué)性、錯誤性，所以，這些數(shù)據(jù)與正確的硬度數(shù)據(jù)之間不存在統(tǒng)一性，沒有可對比性。但是，如果配置一個修正函數(shù)，用于修正傳統(tǒng)硬

表2新發(fā)明硬度與洛氏硬度數(shù)據(jù)對比表

[表中數(shù)據(jù)取自實驗和作用學(xué)硬度公式、洛氏硬度公式的計算結(jié)果]。

度數(shù)據(jù)錯誤，經(jīng)過修正后就可以得到正確的硬度數(shù)據(jù)，就可以與作用學(xué)硬度數(shù)據(jù)具備統(tǒng)一性，就可以進行對比了。經(jīng)分析，洛氏硬度與作用學(xué)硬度可通過一個調(diào)整系數(shù)來建立統(tǒng)一關(guān)系，即洛氏硬度與作用學(xué)硬度之間的關(guān)系式為

式中，T表示作用學(xué)硬度；H_R表示洛氏硬度；h表示塑性變形壓痕深度；k是規(guī)定的常量；分母中的0.002(毫米)是每洛氏硬度單位對應(yīng)的壓痕深度；b表示新發(fā)明的作用學(xué)硬度與洛氏硬度之間的互換系數(shù)。

有些硬度，其計算公式?jīng)]有接近科學(xué)的特性，所以，其硬度數(shù)據(jù)與正確的硬度數(shù)據(jù)更沒有可對比性，也沒有可以互相換算關(guān)系。因此，這些硬度數(shù)據(jù)需要淘汰。

G、不同作用方式條件下的硬度數(shù)據(jù)統(tǒng)一和可對比性研究方法

不同度量方式是指硬度數(shù)據(jù)在取值上采用不同方式。例如，前面提到的兩個發(fā)明給出的兩種公式

T＝(Δt_i/Δt)100％和T＝(1-x/l)100％，

其對硬度的定義和取值是不同的。再如，用彈跳高度來計算硬度的新發(fā)明公式是

式中，H表示標(biāo)準(zhǔn)硬度試件使沖擊探測物產(chǎn)生的反彈高度，標(biāo)準(zhǔn)硬度試件是指用最硬的材料制作成的試件，其硬度值是T＝100％；h表示普通試件使沖擊探測物產(chǎn)生的反彈高度；l是參數(shù)，需要通過實測來獲得。用沖擊法探測時計算硬度的這個公式在取值上也有所差異。對于這些來自探測方法、計算公式、硬度定義和取值方面的差別，所測硬度值或多或少都會產(chǎn)生差異。如果同一種材料在不同作用測試方式、不同計算公式下產(chǎn)生了不同硬度數(shù)據(jù)，那么，其主要原因在于作用應(yīng)力有所不同。為了確定其統(tǒng)一規(guī)律、便于數(shù)據(jù)對比，這些不同數(shù)據(jù)之間必須進行相互換算。其換算公式的一般形式為

T₁＝cT₂。

式中，T₁和T₂分別表示同一個材料在不同測試方式、不同計算公式下產(chǎn)生的兩個硬度數(shù)據(jù)；c為兩者之間的相關(guān)系數(shù)，一般為常數(shù)，靜力測試條件下c＝σ₂/σ₁。

二、一種簡易作用學(xué)硬度計

如圖4所示，簡易作用學(xué)硬度計是用彈簧加載探針的一種硬度測試儀，其工作原理：探頭與試件接觸，彈簧產(chǎn)生彈性恢復(fù)力F，F(xiàn)驅(qū)動鐵錘運行，鐵錘錘擊探桿，使探頭對試件產(chǎn)生作用、生成變形量x，如圖4所示。根據(jù)硬度與變形之間的關(guān)系式

通過計算可以獲得被測材料的硬度。

為了讀取變形數(shù)據(jù)，在探測儀表面安裝一個探針位移數(shù)據(jù)表，即變形位移表，上面標(biāo)有刻度。表針上的讀數(shù)是表針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的弧度數(shù)，記為α。如圖5所示，變形量x與弧度α之間的關(guān)系式為

x＝bα。

由于表針指數(shù)增量為L＝Rα，所以，因此，硬度計算公式為

彈簧是可以根據(jù)需要更換的多型號部件，可以產(chǎn)生不同大小的彈簧加載力。測量軟材料的硬度，選擇較小的彈簧加載力；測量硬材料選擇較大的彈簧加載力。一種彈簧能測定的材料是有限幾種，必須根據(jù)需要進行更換。當(dāng)然，彈簧的適用范圍也不同，彈力大的適用范圍大。彈簧使用期限需要根據(jù)彈簧的使用狀況來確定。由于長時間使用，彈簧彈力會明顯變小，為了不影響測試精度，在彈簧彈力明顯變小前予以更換。由于產(chǎn)生不同彈力的彈簧根據(jù)需要更換，測試力經(jīng)常改變，所以，要保證硬度數(shù)據(jù)的統(tǒng)一與可對比性，必須對測試結(jié)果進行統(tǒng)一換算處理。

探針由硬質(zhì)的高碳鋼、合金鋼、金剛石制成。測定軟金屬和軟質(zhì)的非金屬材料的硬度，可用高碳鋼探針和硬質(zhì)的合金探針；測定較硬金屬和非金屬材料的硬度，用金剛石探針。原則是探針的硬度必須遠遠大于被測材料的硬度。

探針的形狀是錐形，形似錐子，錐尖鋒利，錐桿圓柱形，錐桿直徑2毫米。

公式中的參數(shù)l值等于探針在彈簧驅(qū)動下自由運行的位移，即在沒有被測試試件條件下探針在彈簧驅(qū)動下在特定時間內(nèi)產(chǎn)生的位移，叫應(yīng)有位移或無阻位移。每更換一次彈簧，都需要確定其相應(yīng)的參數(shù)。

三、作用學(xué)錘擊硬度計

如圖6所示，一種作用學(xué)錘擊硬度計，由電磁場提供提升動力，將重錘提升到離探桿上端0.35米的高處。探桿下端的探頭由硬鋼、合金、金剛石材料制成。當(dāng)探測軟質(zhì)金屬和非金屬材料的硬度時，可用鋼制或合金探頭；當(dāng)探測硬度較大材料的硬度時，用金剛石制成的探頭。探頭形狀為圓錐形，頭尖；探桿為圓柱形，直徑可以略粗；從探頭尖端到探桿之間逐漸過渡。測試前，先將試件放置到試件托盤上，再通過螺旋升降機將試件提升至適當(dāng)位置，讓探頭與試件直接接觸。調(diào)整好以后，按動電鈕斷開電源，讓重錘自動落下，直接錘擊探桿，使探頭作用于試件，令試件產(chǎn)生一個楔入變形深度。提供動力的電磁線圈也可以升降。完成錘擊作用后，電磁場線圈在電動控制下下移，然后通過電磁吸力將重錘吸住并提升、固定到初始位置。

探桿與楔入變形位移表指針通過曲軸、聯(lián)桿相聯(lián)。當(dāng)探桿在錘擊下位移時，曲軸和聯(lián)桿直接帶動指針旋轉(zhuǎn)，指示探桿向下位移的產(chǎn)生的弧度，如圖2所示。探桿位移即探頭位移是x值，聯(lián)桿繞O點旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生α角，帶動位移表指針繞O點旋轉(zhuǎn)α角，從而產(chǎn)生小弧長s＝αr和表盤大弧長L＝αR。據(jù)研究得知，x＝αb。b為點Q繞動點P旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的圓弧半徑，b就是曲軸的長度；r是聯(lián)桿的長度；R是表盤半徑。x、s和L三者之間的關(guān)系：

在表盤上讀取的數(shù)據(jù)是指針旋轉(zhuǎn)的弧度，不等于變形位移量，也不等于指針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的表盤弧長。然而，指針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的弧度α是一個有用數(shù)據(jù)，可用于變形量計算，即，

在取得變形數(shù)據(jù)x基礎(chǔ)上，可以直接根據(jù)硬度計算公式

來計算被測材料的硬度。式中，T表示材料的作用學(xué)硬度；l表示標(biāo)準(zhǔn)硬度試件在錘擊作用下產(chǎn)生的楔入變形深度；標(biāo)準(zhǔn)硬度試件是用一種硬度值被公認的材料制成的試件，其硬度值被視為已知量；x是被測試材料或試件在錘擊下產(chǎn)生的楔入變形深度。

為了方便實際使用，在該發(fā)明硬度計上直接安裝傳感器、計算軟件和數(shù)顯屏。傳感器用于采集變形數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)輸送到計算器；計算軟件根據(jù)公式編制好的程序直接計算硬度數(shù)據(jù)，然后通過顯示屏顯示出來。

由于硬度較大的材料在較小的測試力作用下變形量往往很小，直接測試其變形量很困難，所以，在硬度計制作中經(jīng)常利用杠桿原理進行放大處理和變形表顯示處理。事實上，通過曲軸轉(zhuǎn)化也可將變形量直接放大，并通過變形位移表顯示出來。壓入法、楔入法等產(chǎn)生的變形量均可以采用這種方法測量變形量，并通過變形表給出讀數(shù)。

重錘下落距離是0.35米，沖擊作用時間是瞬間，需通過試驗測定獲得。重錘質(zhì)量為1kg、2kg、3kg、……、不等，需根據(jù)具體測試材料的性質(zhì)確定。對于軟材料采用質(zhì)量較小的重錘錘擊，硬材料則采用重量較大的重錘錘擊。

由于同一種材料的硬度值隨作用強度的增大而減小，并且，變形量x值和參數(shù)l值都隨著探測作用力的大小改變而改變，從而使不同錘擊作用力下獲得的硬度數(shù)據(jù)產(chǎn)生了沒有統(tǒng)一性和不可對比性問題。要解決此問題，需要通過實驗確定不同錘擊力下公式中參數(shù)的不同l值，并且需要通過不同硬度值之間的互相換算公式來進行換算。不同錘擊力(不同重錘重量)F₁、F₂下測得的硬度T₁和T₂之間的關(guān)系公式為

所以，要獲得統(tǒng)一可對比的硬度數(shù)據(jù)需要進行換算。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。