布氏硬度試驗(yàn)

1、布氏硬度試驗(yàn)原理 對(duì)一定直徑硬質(zhì)合金球施加試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量出試樣表面的壓痕直徑 布氏硬度與試驗(yàn)力除以壓痕表面積的商成正比。壓痕被看作是具有一定半徑的球形，壓痕的表面積通過(guò)壓痕的平均直徑和壓頭直徑計(jì)算得到。 式中F試驗(yàn)力，N； S壓痕表面積，mm2； D硬質(zhì)合金球直徑，mm； h一壓痕深度，mm。0.1020.102FFHBWSDh（1）在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，由于壓痕深度h測(cè)量比較困難，而測(cè)量壓痕直徑d比較方便，因此將1式中h換算成d的關(guān)系 h= （2）代入1式得: HBW= 3式中只有d是變數(shù)，試驗(yàn)時(shí)只要測(cè)量出壓痕直徑d，可通過(guò)計(jì)算或查布氏硬度數(shù)值表即可得出HBW

2、值。222DDd2220.102()FD DDd（3） 布氏硬度試驗(yàn)中只有在試驗(yàn)力和壓頭直徑恒定的條件下所測(cè)得的硬度值才具有可比性。然而實(shí)際情況是，所測(cè)試金屬材料有硬有軟，試件有厚有薄，有大有小，如果只采用一種標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)力和壓球直徑，就會(huì)出現(xiàn)對(duì)硬的材料合適，而對(duì)軟的材料會(huì)發(fā)生壓球陷入金屬材料內(nèi)的現(xiàn)象；對(duì)厚的材料合適，而對(duì)薄的材料可能發(fā)生壓透的現(xiàn)象。因此在布氏硬度試驗(yàn)時(shí)，要求根據(jù)試樣的材料硬度和厚度，選用大小不同的試驗(yàn)力和壓頭直徑。在這種情況下，為了使得同一材料的試樣所測(cè)得的布氏硬度值相同，或在不同的試樣上所測(cè)得的結(jié)果具有可比性，就必須應(yīng)用“壓痕相似原理”來(lái)解決。布氏硬度壓痕相似原理右圖所示的兩

3、個(gè)不同直徑D1和D2的球體，分別在不同的試驗(yàn)力F1和F2作用下壓入試樣表面的情況。由圖可見(jiàn)，只有在壓入角（即通過(guò)壓痕直徑兩端所引球體半徑的夾角）保持不變的條件下，才能使所測(cè)定的硬度值相同。F與D之間必須保持一定的制約關(guān)系。壓痕相似原理從圖2看出，d與壓入角有下列幾何關(guān)系： 代入式（3）得：HBW=2220.102(11 sin)2FD2sinDd 由上式可見(jiàn)，要保證對(duì)同一材料測(cè)得的布氏硬度值相同，必須使壓入角為常數(shù)，此外還必須使F/D2值為常數(shù)。但是F/D2值與并不是相互獨(dú)立的參量，它們之間也存在一定關(guān)系。(4) 根據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果可以證明： 式中A是與材料有關(guān)的常數(shù)。 由此可見(jiàn)，試驗(yàn)時(shí)只要保持

4、F/D2值為一常數(shù)，就可使壓入角保持不變，從而保證得到幾何相似的壓痕。注：為了得到準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果，除F與D應(yīng)滿足這一選配原則外, 還應(yīng)通過(guò)F與D的選擇使壓痕直徑d限定在0.24D0.60D之間，否則試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。 2sin2FAD（5）布氏硬度表示方法 布氏硬度用符號(hào)HBW表示。 符號(hào)HBW之前書寫硬度值，符號(hào)后面依次表示球體直徑、試驗(yàn)力及試驗(yàn)力保持時(shí)間。當(dāng)試驗(yàn)力保持時(shí)間為10s-15s時(shí)不標(biāo)注。 例如 264HBW5/750表示用直徑為5mm的硬質(zhì)合金球在7.355kN(750kgf)試驗(yàn)力作用下，保持10s15s測(cè)得的布氏硬度值為264。 布氏硬度適用于退火、正火狀態(tài)的鋼鐵件、鑄鐵、有色金

5、屬及其合金，特別對(duì)較軟金屬，如鋁合金等更為適宜。 布氏硬度試驗(yàn)時(shí)一般采用較大直徑球體壓頭，所得壓痕面積較大，因而測(cè)得的硬度值能反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相的平均性能，而不受個(gè)別組成相及微小不均勻性的影響。壓痕較大的另一優(yōu)點(diǎn)是所測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。 布氏硬度的缺點(diǎn)是對(duì)不同的材料需要更換壓頭和改變?cè)囼?yàn)力，壓痕直徑的測(cè)量也較麻煩，效率不高。同時(shí)，由于壓痕較大，對(duì)成品件不宜采用。 適用范圍： 布氏硬度計(jì)試驗(yàn)設(shè)備 測(cè)量的各級(jí)試驗(yàn)力的誤差均應(yīng)在規(guī)定的試驗(yàn)力標(biāo)稱值的土1%以內(nèi) 變動(dòng)度不大于1 試驗(yàn)力的誤差不同球直徑的允差 單位為毫米 球 直 徑 允差10 0.0055 0.0042.5 0.0031

6、0.003 硬質(zhì)合金球的特性應(yīng)滿足下列要求:維氏硬度不應(yīng)低于1500HV10密 度 :=(14.8士0.2)g /cm3。 壓痕測(cè)量裝置的標(biāo)尺分度應(yīng)能估測(cè)到壓痕直徑的0.5%以內(nèi)。 將測(cè)量裝置各工作范圍至少分成五個(gè)間隔，在分級(jí)測(cè)微尺上測(cè)量進(jìn)行檢驗(yàn)，其最大允許誤差為0.5%。 測(cè)量投影區(qū)域時(shí)，其最大允許誤差應(yīng)為1%。壓痕測(cè)量裝置的校準(zhǔn) 試樣的表面應(yīng)平坦和光滑，并且不應(yīng)有氧化皮及外界污物，尤其不應(yīng)有油脂。試驗(yàn)表面應(yīng)能保證壓痕直徑精確地測(cè)量，試驗(yàn)表面粗糙度Ra一般應(yīng)不大于1.6m。 制備試樣時(shí)，應(yīng)使過(guò)熱或冷加工等因素對(duì)表面性能的影響減至最小。 試樣厚度至少應(yīng)為壓痕深度的8倍。 試驗(yàn)后，試樣背面如出現(xiàn)可見(jiàn)變形痕跡，則表明試樣厚度太薄。試樣的準(zhǔn)備 如對(duì)一銅合金材料進(jìn)行硬度試驗(yàn)，采用10mm直徑壓頭，以F/D2為30選擇試驗(yàn)力為29420N（3000kgf）。但當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果硬度值低于140HBW時(shí)，應(yīng)保持壓頭直徑不變，以F/D2為10選擇試驗(yàn)力為9807N(1000kgf)，從而保證硬度較低的材料其壓痕直徑也在所規(guī)定范圍內(nèi)。布氏硬度試驗(yàn)的F/D2值的選擇材料布氏硬度HBW力-直徑比0.102F/D2N / mm2鋼、鎳基合金、鈦合金30鑄鐵a140101