布氏硬度试验条件的选择.doc

布氏硬度计（GB/T231.12002）1. 布氏硬度计原理对直径为D的硬质合金球压头施加规定的试验力，使压头压入试样表面，经规定的保持时间后， 除去试验力，测量试样表面的压痕直径d，布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算。 图1布氏硬度试验原理 HB =F / S (1) =F /Dh (2) =0.1022F /Dh (3)=0.1022F/D (D ) (4) 式中：F 试验力，N； S 压痕表面积，mm； D 球压头直径，mm； h 压痕深度， mm； d 压痕直径，mm 2. 布氏硬度计的特点 布氏硬度试验的优点是其硬度代表性好，由于通常采用的是10mm球压头，3000kg试验力，其压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均值，而不受个别组成相及微小不均匀度的影响，因此特别适用于测定灰铸铁、轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料。它的试验数据稳定，重现性好，精度高于洛氏，低于维氏。此外布氏硬度值与抗拉强度值之间存在较好的对应关系。 布氏硬度试验的缺点是压痕较大，成品检验有困难，试验过程比洛氏硬度试验复杂，要分别完成测量操作和压痕测量，因此要求操作者具有一定的经验。 3. 布氏硬度计的应用 布氏硬度计主要用于组织不均匀的锻钢和铸铁的硬度测试，锻钢和灰铸铁的布氏硬度与拉伸试验有着较好的对应关系。布氏硬度试验还可用于有色金属、钢材和经过调质热处理的半成品工件，采用小直径球压头可以测量小尺寸和较薄材料。布氏硬度计多用于原材料和半成品的检测，由于压痕较大，一般不用于成品检测。 4. 布氏硬度试验条件的选择 如同洛氏硬度试验关于标尺的选择一样，布氏硬度试验也要遇到试验条件的选择问题，即试验力F和压头球直径D的选择。这种选择不是任意的，而是要遵循一定的规则，并且要注意试验力和压头球直径的合理搭配，应用起来比洛氏硬度试验略显复杂。 布氏硬度试验最常用的试验条件是采用10mm直径的球压头，3000kg试验力。这一条件能够最大限度地体现布氏硬度的特点。但是由于试样材质不同，硬度不同，试样大小，薄厚也不同，一种试验力，一种压头自然不能满足要求。在试验力和压头球直径的选择方面需要遵循以下两个规则： 4.1 规则一，要使试验力和球压头直径的平方之比为一个常数。即F/D2=F1/D12 = F2/D22 =K.（5） 图2布氏硬度压痕相似原理 这个规则来源于相似律。根据布氏硬度试验的相似律，在图中不同直径的球压头D1 、D2 在不同的试验力F1 、F2作用下压入试样表面，压痕直径d1、d2是不同的，但是只要压入角1、2相同，压痕就具有相似性。这时试验力和压头球直径的平方之比就是一个常数。在这种条件下，采用不同的试验力和不同直径的球压头，在同一试样上测得的硬度值是相同的，在不同的试样上测得的硬度值是可以 相互比较的。 试验力与压头球直径平方之比在采用公斤力的旧标准中表示为F/D2，在采用牛顿力的新标准中表示为0.102 F/D2。测试钢铁材料，通常采用3000kg力，10mm球的试验条件，有K=F/D2=30测量范围为100650HBW。根据相似律，采用750kg力，5mm球；187.5kg力，2.5mm球；1850kg力，7.26mm球时，K值都是30，测量范围也都是100650HBW，各种不同组合在测试同一试样时，其硬度值应该是相等的。4.2 规则二，试验后要使压痕直径处于以下范围内： 0.24Dd0.6D （6） 否则试验结果是无效的,应选择合适的试验力重新试验。人们的大量试验表明，当压痕直径在 0.24D0.6D之间时，测得的硬度值与试验力大小无关。 布氏硬度试验可选择的试验力从3000kg到1kg大约有20个级别。布氏硬度试验可选择的压头直径为10mm、5mm、2.5mm、1mm共4种。 布氏硬度试验可选择的0.102F/D2值为30、15、10、5、2.5、1共6种。 标准GB/T231.12002中规定的试验条件如表1所示。 表1布氏硬度试验条件硬度符号球直径D/mm试验力压头球直径平方的比率0.102F/ D2试验力F/N HBW10/3000 HBW10/1500 HBW10/1000 HBW10/500 HBW10/250 HBW10/100 HBW5/750 HBW5/250 HBW5/125 HBW5/62.5 HBW5/25 HBW2.5/187.5 HBW2.5/62.5 HBW2.5/31.25 HBW2.5/15.625 HBW2.5/6.25 HBW1/30 HBW1/10 HBW1/5 HBW1/2.5 HBW1/1101010101010555552.52.52.52.52.51111130151052.51301052.51301052.51301052.512942014710980749032452980.7735524521226612.9245.21839612.9306.5153.261.29294.298.0749.0324.529.807 标准GB/T231.12002中规定试验力和压头直径平方之比（0.102F/D2）应按材料的种类和硬度范围来选择，如表所示。 表试验力压头直径平方之比的选择材料布氏硬度范围HRW试验力-压头球直径平方的比率0.102F/D2钢、镍合金、钛合金30铸铁1）1401401030铜及铜合金20030轻金属及合金801015铅、锡）对于铸铁的试验，压头球直径一般为2.5mm，5mm和10mm。 标准GB/T231.12002中规定，对于钢只有一种选择，就是0.102F/D2=30，对于其他材料，根据其不同的硬度范围，有23种0.102F/D2值可供选择。 4.3布氏硬度试验条件的选择过程： 4.3.1根据材料种类和硬度范围， 按表2选择0.102F/D2值，一般较硬的材料选择较高的0.102F/D2值，较软的材料选择较低的0.102F/D2值，钢铁材料只选择0.102F/D230一个值。 4.3.2根据试样的厚度和大小选择压头直径D和试验力F，对于较厚、较大的试样，应尽量选用10mm的压头和相应的试验力，因为这样最能体现布氏硬度计的特点。对于较薄、较小的试样，应选用较小的压头和较小的试验力。以保证满足布氏硬度试验关于“试样厚度应大于压痕深度的8倍”的要求。 4.3.3完成上述选择之后应进行初步试验，确定压痕直径是否满足0.24Dd0.6D。如果满足这一要求，就可进行正式测试，并查表得到布氏硬度值。如果不满足这一要求，当压痕直径小于0.24D时，说明压痕过小，应重新选择大一些的试验力。当压痕直径大于0.6D时，说明压痕过大，应重新选择小一些的试验力。5布氏硬度与抗拉强度的关系由于布氏硬度试验能够反映出试样较大范围内的综合性能，因此布氏硬度与材料的其他机械性能关系密切，尤其是与抗拉强度存在近似的换算关系： b=KHB (7) 式中：b抗拉强度值，MN/m2； K常数，不同材料有不同的数值；HB材料的布氏硬度值 通过测试布氏硬度可以间接得到材料的抗拉强度。这一点在生产实际中具有重大意义。可以通过测量硬度的方法得到近似的强度值，这样既可以提高工作效率，又可以节省材料。部分金属材料的换算关系如表3所示。表3部分金属硬度与强度换算关系：材 料布氏硬度值近似换算关系 钢1251751