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布氏硬度试验条件的选择

更新时间:2024-03-18      点击次数:154
 

布氏硬度计GB/T231.12002

1. 布氏硬度计原理
     对直径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d,布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算。

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   1布氏硬度试验原理

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      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F和压头球直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。
      布氏硬度试验常用的试验条件是采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。

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                                         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2中不同直径的球压D1 D2 在不同的试验F1 F2作用下压入试样表面,压痕直d1d2是不同的,但是只要压入Ø1Ø2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 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F/D2,在采用牛顿力的新标准中表示0.102 F/D2

测试钢铁材料,通常采3000kg10mm球的试验条件,有

K=F/D2=30

测量范围100~650HBW。根据相似律,采750kg5mm187.5kg2.5mm1850kg7.26mm球时K值都30,测量范围也都100~650HBW,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
         0.24Dd0.6D        …………………6
      否则试验结果是无效,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 0.24D~0.6D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3000kg1kg大约20个级别。布氏硬度试验可选择的压头直径Ø10mmØ5mmØ2.5mmØ1mm4种。
      布氏硬度试验可选择0.102F/D230151052.516种。
      GB/T231.12002中规定的试验条件如1所示。
      1布氏硬度试验条件

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      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2所示
      表2试验压头直径平方之比的选择

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      GB/T231.12002中规定,对于钢只有一种选择,就0.102F/D2=30,对于其他材料,根据其不同的硬度范围,2~30.102F/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, 20.102F/D2值,一般较硬的材料选择较高0.102F/D2值,较软的材料选择较低0.102F/D2值,钢铁材料只选0.102F/D230一个值。
      4.3.2根据试样的厚度和大小选择压头直D和试验F,对于较厚、较大的试样,应尽量选Ø10mm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8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0.24D<d<0.6D。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:
      σb=KHB         ……………  (7)
      式中σb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3所示。

3部分金属硬度与强度换算关系:

 

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