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布氏硬度试验 1 布氏硬度试验原理 对一定直径硬质合金球施加试验力压入试样表面 经规定保持时间后 卸除试验力 测量出试样表面的压痕直径 2 布氏硬度与试验力除以压痕表面积的商成正比 压痕被看作是具有一定半径的球形 压痕的表面积通过压痕的平均直径和压头直径计算得到 式中F 试验力 N S 压痕表面积 mm2 D 硬质合金球直径 mm h一压痕深度 mm 1 3 在实际试验时 由于压痕深度h测量比较困难 而测量压痕直径d比较方便 因此将1式中h换算成d的关系 h 2 代入1式得 HBW 3式中只有d是变数 试验时只要测量出压痕直径d 可通过计算或查布氏硬度数值表即可得出HBW值 3 4 布氏硬度试验中 只有在试验力和压头直径恒定的条件下所测得的硬度值才具有可比性 然而实际情况是 所测试金属材料有硬有软 试件有厚有薄 有大有小 如果只采用一种标准的试验力和压球直径 就会出现对硬的材料合适 而对软的材料会发生压球陷入金属材料内的现象 对厚的材料合适 而对薄的材料可能发生压透的现象 因此在布氏硬度试验时 要求根据试样的材料硬度和厚度 选用大小不同的试验力和压头直径 在这种情况下 为了使得同一材料的试样所测得的布氏硬度值相同 或在不同的试样上所测得的结果具有可比性 就必须应用 压痕相似原理 来解决 布氏硬度压痕相似原理 5 右图所示的两个不同直径D1和D2的球体 分别在不同的试验力F1和F2作用下压入试样表面的情况 由图可见 只有在压入角 即通过压痕直径两端所引球体半径的夹角 保持不变的条件下 才能使所测定的硬度值相同 F与D之间必须保持一定的制约关系 压痕相似原理 6 从图2看出 d与压入角有下列几何关系 代入式 3 得 HBW 由上式可见 要保证对同一材料测得的布氏硬度值相同 必须使压入角为常数 此外还必须使F D2值为常数 但是F D2值与并不是相互独立的参量 它们之间也存在一定关系 4 7 根据大量试验结果可以证明 式中A是与材料有关的常数 由此可见 试验时只要保持F D2值为一常数 就可使压入角保持不变 从而保证得到几何相似的压痕 注 为了得到准确的试验结果 除F与D应满足这一选配原则外 还应通过F与D的选择使压痕直径d限定在0 24D 0 60D之间 否则试验结果无效 5 8 布氏硬度表示方法 布氏硬度用符号HBW表示 符号HBW之前书写硬度值 符号后面依次表示球体直径 试验力及试验力保持时间 当试验力保持时间为10s 15s时不标注 例如264HBW5 750表示用直径为5mm的硬质合金球 在7 355kN 750kgf 试验力作用下 保持10s 15s测得的布氏硬度值为264 9 2020 1 8 10 布氏硬度适用于退火 正火状态的钢铁件 铸铁 有色金属及其合金 特别对较软金属 如铝合金等更为适宜 布氏硬度试验时一般采用较大直径球体压头 所得压痕面积较大 因而测得的硬度值能反映金属在较大范围内各组成相的平均性能 而不受个别组成相及微小不均匀性的影响 压痕较大的另一优点是所测试验数据稳定 重复性强 布氏硬度的缺点是对不同的材料需要更换压头和改变试验力 压痕直径的测量也较麻烦 效率不高 同时 由于压痕较大 对成品件不宜采用 适用范围 11 布氏硬度计 试验设备 12 测量的各级试验力的误差均应在规定的试验力标称值的土1 以内变动度不大于 1 试验力的误差 不同球直径的允差单位为毫米 球直径允差10 0 0055 0 0042 5 0 0031 0 003硬质合金球的特性应满足下列要求 维氏硬度不应低于1500HV10密度 14 8士0 2 g cm3 13 压痕测量装置的标尺分度应能估测到压痕直径的 0 5 以内 将测量装置各工作范围至少分成五个间隔 在分级测微尺上测量进行检验 其最大允许误差为 0 5 测量投影区域时 其最大允许误差应为 1 压痕测量装置的校准 14 试样的表面应平坦和光滑 并且不应有氧化皮及外界污物 尤其不应有油脂 试验表面应能保证压痕直径精确地测量 试验表面粗糙度Ra一般应不大于1 6 m 制备试样时 应使过热或冷加工等因素对表面性能的影响减至最小 试样厚度至少应为压痕深度的8倍 试验后 试样背面如出现可见变形痕迹 则表明试样厚度太薄 试样的准备 15 如对一铜合金材料进行硬度试验 采用10mm直径压头 以F D2为30选择试验力为29420N 3000kgf 但当试验结果硬度值低于140HBW时 应保持压头直径不变 以F D2为10选择试验