布氏硬度試驗方法

1、布氏硬度計(GB/T231.12002)1. 布氏硬度計原理對直徑為D的硬質(zhì)合金球壓頭施加規(guī)定的試驗力，使壓頭壓入試樣表面，經(jīng)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。圖1布氏硬度試驗原理HB=F/S(1)=F/xDh=0.1022F/兀Dh(3)=0.102X2F/xD(D”D'd)(4)式中：F一一試驗力,N;S一壓痕表面積，mm；D球壓頭直徑,mm；h一壓痕深度,mm；d壓痕直徑，mm2. 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10mm球壓頭，3000kg試驗力，其壓痕面積較大，能反映較大范圍內(nèi)

2、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(shù)據(jù)穩(wěn)定，重現(xiàn)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(yīng)關(guān)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(fù)雜，要分別完成測量操作和壓痕測量，因此要求操作者具有一定的經(jīng)驗。3. 布氏硬度計的應(yīng)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(yīng)關(guān)系。布氏硬度試驗還可用于有色金屬、鋼材和經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理的半成品工件，采用小直徑球壓頭可以測量小尺寸和較薄材料。布氏

3、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。4. 布氏硬度試驗條件的選擇如同洛氏硬度試驗關(guān)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(yīng)用起來比洛氏硬度試驗略顯復(fù)雜。布氏硬度試驗最常用的試驗條件是采用10mm直徑的球壓頭，3000kg試驗力。這一條件能夠最大限度地體現(xiàn)布氏硬度的特點。但是由于試樣材質(zhì)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以下兩個規(guī)則：4.1規(guī)則一，要使試

4、驗力和球壓頭直徑的平方之比為一個常數(shù)。即F/D2=Fi/Di2=F2/D22=K(5)圖2布氏硬度壓痕相似原理這個規(guī)則來源于相似律。根據(jù)布氏硬度試驗的相似律，在圖2中不同直徑的球壓頭Di、D2在不同的試驗力Fi、F2作用下壓入試樣表面，壓痕直徑di、d2是不同的，但是只要壓入角？i、？2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(shù)。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0.102F/D2。測

5、試鋼鐵材料，通常采用3000kg力，10mm球的試驗條件，有K=F/D2=30測量范圍為100650HBW。根據(jù)相似律，采用750kg力，5mm球；187.5kg力，2.5mm球;1850kg力，7.26mm球時，K值都是30,測量范圍也都是100650HBW,各種不同組合在測試同一試樣時，其硬度值應(yīng)該是相等的。4.2規(guī)則二，試驗后要使壓痕直徑處于以下范圍內(nèi)：0.24D<d<0.6D(6)否則試驗結(jié)果是無效的，應(yīng)選擇合適的試驗力重新試驗。人們的大量試驗表明，當壓痕直徑在0.24D0.6D之間時，測得的硬度值與試驗力大小無關(guān)。布氏硬度試驗可選擇的試驗力從3000kg到1kg大約有20

6、個級別。布氏硬度試驗可選擇的壓頭直徑為?10mm、?5mm、?2.5mm、?1mm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/T231.12002中規(guī)定的試驗條件如表1所示。表1布氏硬度試驗條件硬度符號球直徑D/mm試驗力-壓頭球直徑平方的比率0.102F/D2試驗力F/NHBW10/3000103029420HBW10/1500101514710HBW10/100010109807HBW10/5001054903HBW10/250102.52452HBW10/100101980.7HBW5/7505307355HBW5/25051024

7、52HBW5/125551226HBW5/62.552.5612.9HBW5/2551245.2HBW2.5/187.52.5301839HBW2.5/62.52.510612.9HBW2.5/31.252.55306.5HBW2.5/15.6252.52.5153.2HBW2.5/6.252.5161.29HBW1/30130294.2HBW1/1011098.07HBW1/51549.03HBW1/2.512.524.52HBW1/1119.807標準GB/T231.12002中規(guī)定試驗力和壓頭直徑平方之比(0.102F/D2)應(yīng)按材料的種類和硬度范圍來選擇，如表2所示。表2試驗力一壓頭直

8、徑平方之比的選擇材料布氏硬度范圍HRW試驗力-壓頭球直徑平方的比率0.102F/D2鋼、鐐合金、鈦合金30鑄鐵n<140>1401030銅及銅合金<3553520010>20030<352.5輕金屬及合金358051015>801015鉛、錫11)對于鑄鐵的試驗，壓頭球直徑一般為2.5mm,5mnf口10mm標準GB/T231.12002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(jù)其不同的硬度范圍，有23種0.102F/D2值可供選擇。4.3布氏硬度試驗條件的選擇過程：4.3.1根據(jù)材料種類和硬度范圍，按表2選擇0.102F/

9、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。4.3.2根據(jù)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(yīng)盡量選用?10mm的壓頭和相應(yīng)的試驗力，因為這樣最能體現(xiàn)布氏硬度計的特點。對于較薄、較小的試樣，應(yīng)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(guān)于“試樣厚度應(yīng)大于壓痕深度的8倍”的要求。4.3.3完成上述選擇之后應(yīng)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(yīng)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(yīng)重新選擇小一些的試驗力。5布氏硬度與抗拉強度的關(guān)系由于布氏硬度試驗?zāi)軌蚍从吵鲈嚇虞^大范圍內(nèi)的綜合性能，因此布氏硬度與材料的其他機械性能關(guān)系密切，尤其是與抗拉強度存在近似的換算關(guān)系：a=K?HB(7)式中：/一抗拉強度值，MN/m2;K一常數(shù)，不同材料有不同的數(shù)值；HB一材料的布氏硬度值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(chǎn)實際中具有重大意義?？梢酝ㄟ^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。部分金屬材料的換算關(guān)系如表3所示。表3部分