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布氏硬度計相關知識說明
點擊次數:2208 更新時間:2018-06-08

 

 

一 布氏硬度計原理 

                         

 對直徑為D的硬質合金壓頭施加規(guī)定的試驗力,使壓頭壓入試樣表面,經規(guī)定的保持時間后,除去試驗力,測量試樣表面的壓痕直徑d,布氏硬度用試驗力除以壓痕表面積的商來計算。                                                             

                        

二 布氏硬度計的特點                                         

布氏硬度試驗的優(yōu)點是其硬度代表性好,由于通常采用的是10 mm直徑球壓頭,3000kg試驗力,其壓痕面積較大,能反映較大范圍內金屬各組成相綜合影響的平均值,而不受個別組成相及微小不均勻度的影響,因此特別適用于測定灰鑄鐵、軸承合金和具有粗大晶粒的金屬材料。它的試驗數據穩(wěn)定,重現性好,精度高于洛氏,低于維氏。此外布氏硬度值與抗拉強度值之間存在較好的對應關系。

布氏硬度試驗的缺點是壓痕較大,成品檢驗有困難,試驗過程比洛氏硬度試驗復雜,測量操作和壓痕測量都比較費時,并且由于壓痕邊緣的凸起、凹陷或圓滑過渡都會使壓痕直徑的測量產生較大誤差,因此要求操作者具有熟練的試驗技術和豐富經驗,一般要求由專門的實驗員操作。

三 布氏硬度計的應用                                         

   布氏硬度計主要用于組織不均勻的鍛鋼和鑄鐵的硬度測試,鍛鋼和灰鑄鐵的布氏硬度與拉伸試驗有著較好的對應關系。布氏硬度試驗還可用于有色金屬和軟鋼,采用小直徑球壓頭可以測量小尺寸和較薄材料。布氏硬度計多用于原材料和半成品的檢測,由于壓痕較大,一般不用于成品檢測。

布氏硬度試驗條件的選擇如同洛氏硬度試驗關于標尺的選擇一樣,布氏硬度試驗也要遇到試驗條件的選擇問題,即試驗力F和壓頭球直徑D的選擇。這種選擇不是任意的,而是要遵循一定的規(guī)則,并且要注意試驗力和壓頭球直徑的合理搭配,應用起來比洛氏硬度試驗略顯復雜。布氏硬度試驗常用的試驗條件是采用10mm直徑的球壓頭,3000kg試驗力。這一條件能體現布氏硬度的特點。但是由于試樣材質不同,硬度不同,試樣大小,薄厚也不同,一種試驗力,一種壓頭自然不能滿足要求。在試驗力和壓頭球直徑的選擇方面需要遵循的規(guī)則有2個。

1、要使試驗力和球壓頭直徑的平方之比為一個常數。即          F/D2=F1/D12 = F2/D22 =K                        

 

     這個規(guī)則來源于相似律。根據相似律,在圖3.1中不同直徑的球壓頭D1、D2在不同的試驗力F1、F2作用下壓入試樣表面,壓痕直徑d1、d2是不同的,但是只要壓入角φ1、φ2相同,壓痕就具有相似性。這時試驗力和壓頭球直徑的平方之比就是一個常數。在這種條件下,采用不同的試驗力和不同直徑的球壓頭,在同一試樣上測得的硬度值是相同的,在不同的試樣上測得的硬度值是可以相互比較的。試驗力與壓頭球直徑平方之比在采用公斤力的舊標準中表示為F/D2,在采用牛頓力的新標準中表示為0.102 F/D2。

2、試驗后壓痕直徑的一些說明   

                                 

 試驗后要使壓痕直徑處于0.24D < d < 0.6D范圍,否則試驗結果是無效的,應選擇合適的試驗力重新試驗。人們的大量試驗表明,當壓頭直徑在0.24D~0.6D之間時,測得的硬度值與試驗力大小無關。布氏硬度試驗可選擇的試驗力從3000kg到1kg大約有20個級別。布氏硬度試驗可選擇的壓頭直徑為φ10mm、 φ5mm、φ2.5mm、φ1mm共4種。布氏硬度試驗可選擇的0.102F/D2值為30、15、10、5、2.5、1共6種。

  標準GB/T231.1—2002中規(guī)定的試驗條件如表3.1所示。

                             

硬度符號

球直徑D/mm

試驗力-壓頭球直徑平方的比率0.102F/D2

試驗力F/N

HBW10/3000

10

30

29420

HBW10/1500

10

15

14710

HBW10/1000

10

10

9807

HBW10/500

10

5

4903

HBW10/250

10

2.5

2452

HBW10/100

10

1

980.7

HBW5/750

5

30

7355

HBW5/250

5

10

2452

HBW5/125

5

5

1226

HBW5/62.5

5

2.5

612.9

HBW5/25

5

1

245.2

HBW2.5/187.5

2.5

30

1839

HBW2.5/62.5

2.5

10

612.9

HBW2.5/31.25

2.5

5

306.5

HBW2.5/15.625

2.5

2.5

153.2

HBW2.5/6.25

2.5

1

61.29

HBW1/30

1

30

294.2

HBW1/10

1

10

98.07

HBW1/5

1

5

49.03

HBW1/2.5

1

2.5

24.52

HBW1/1

1

1

9.807

表3.1  布氏硬度試驗條件

標準GB/T231.1—2002中規(guī)定試驗力和壓頭直徑平方之比(0.102F/D2)應按材料的種類和硬度范圍來選擇,如表3.2所示。                            

材料

布氏硬度HBW

試驗力-壓頭球直徑平方的比率0.102F/D2

鋼、鎳合金、鈦合金

 

30

鑄鐵

<140

10

≥140

30

銅及銅合金

<35

5

35~200

10

>200

30

 

輕金屬及合金

<35

2.5

35~80

5、10、15

>80

10、15

鉛、錫

 

1

表3.2試驗力—壓頭直徑平方之比的選擇

    其中,對于鑄鐵的試驗,壓頭球直徑一般為2.5mm,5mm和10mm。標準GB/T231.1—2002中規(guī)定,對于鋼只有一種選擇,就是0.102F/D2=30,對于其他材料,根據其不同的硬度范圍,有2~3種0.102F/D2值可供選擇。

四、我司布氏硬度試驗選擇經驗

     北京時代新天測控技術有限公司是開發(fā)、生產新型檢測設備為重點的科技先導型企業(yè),公司以滿足用戶的需求做為企業(yè)的發(fā)展重要目標。公司現有七十余種儀器儀表,硬度檢測儀器也是我們的常規(guī)經營項目,經過多年的生產及應用實踐,積累眾多經驗,試驗時我們建議從以下三步完成試驗。

1、根據材料種類和硬度范圍,按表3.2選擇0.102F/D2值,一般較硬的材料選擇較高的0.102F/D2值,較軟的材料選擇較低的0.102F/D2值,鋼鐵材料只選擇0.102F/D2=30一個值。

2、根據試樣的厚度和大小選擇壓頭直徑D和試驗力F,對于較厚、較大的試樣,應盡量選用φ10mm的壓頭和相應的試驗力,因為這樣能體現布氏硬度計的特點。對于較薄、較小的試樣,應選用較小的壓頭和較小的試驗力。以保證滿足布氏硬度試驗關于“試樣厚度應大于壓痕深度的8倍”的要求。

3、完成上述選擇之后應進行初步試驗,確定壓痕直徑是否滿足0.24D < d < 0.6D。  如果滿足這一要求,就可進行正式測試,并查表得到布氏硬度值。如果不滿足這一要求,當壓痕直徑小于0.24D時,說明壓痕過小,應重新選擇大一些的試驗力。當壓痕直徑大于0.6D時,說明壓痕過大,應重新選擇小一些的試驗力。

  通過測試布氏硬度可以間接得到材料的抗拉強度。這一點在生產實際中具有重大意義。可以通過測量硬度的方法得到近似的強度值,這樣既可以提高工作效率,又可以節(jié)省材料。

 

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