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                    布氏硬度計的測試標準、工作原理及應用范圍

                    點擊次數:   更新時間:20/07/03 09:32:07     來源:www.obrazpro.com關閉分    享:

                      一、布氏硬度實驗執行標準:
                      金屬布氏硬度試驗方法新標準采用了國際標準ISO 6506-1:2005。新標準是根據ISO 6506-1:2005重新起草,根據我國的實際情況,采用國際標準時進行了修改和補充。
                      按國際標準結構,ISO 6506由3部分構成:
                      ISO 6506-1:2005金屬材料 布氏硬度試驗 試驗方法
                      ISO 6506-2:2005 金屬材料 布氏硬度試驗 硬度計的檢驗與校準
                      ISO 6506-3:2005金屬材料 布氏硬度試驗 標準硬度塊的標定
                      ISO 6506-4:2005金屬材料 布氏硬度試驗 硬度值表
                      我國的布氏硬度試驗方法標準編制與國際標準相對應:
                      GB/T 231.1-2009 金屬布氏硬度試驗 第1部分 試驗方法
                      GB/T 231.2-2012 金屬布氏硬度試驗 第2部分 硬度計的檢驗與校準
                      GB/T 231.3-2012 金屬布氏硬度試驗 第3部分 標準硬度塊的標定
                      GB/T 231.4-2009 金屬材料 布氏硬度試驗 第4部分 硬度值表


                        

                          數顯布氏硬度計B-3000AT                                電子布氏硬度計B-3000D


                      新標準只允許使用硬質合金球壓頭。布氏硬度符合為HBW,不應與以前的符號HB和用鋼球頭時使用的符號HBS相混淆。
                      二、布氏硬度計的特點:
                      布氏硬度試驗的優點是其硬度代表性好,由于通常采用的是10mm直徑球壓頭,3000Kg試驗力,其壓痕面積較大,能反映較大范圍內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。它的試驗數據穩定,重現性好,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關系。
                      布氏硬度試驗的特點是壓痕較大,成品檢驗有困難,試驗過程比洛氏硬度試驗復雜,測量操作和壓痕測量都比較費時,并且由于壓痕邊緣的凸起、凹陷或圓滑過渡都會使壓痕直徑的測量產生較大誤差,因此要求操作者具有熟練的試驗技術和豐富經驗,一般要求由專門的實驗員操作。
                      三、布氏硬度計原理:
                      布氏硬度計的工作原理把一定直徑的硬質合金球,在一定試驗力作用下,以一定的速度壓入試樣表面,經規定的試驗力保持時間后卸除試驗力。測量試樣表面壓痕直徑,以試樣壓痕球形表面積上的平均壓力來表示金屬的布氏硬度值。


                       布氏硬度值計算公式:


                      式中:F————通過球壓頭加在試樣上的試驗力,單位為N。
                      D————球直徑,單位為mm。
                      d————壓痕直徑(平均值),單位為mm。
                      0.102——規定的系數。

                       四、布氏硬度計的應用:
                      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關系。布氏硬度試驗還可用于有色金屬和軟鋼,采用小直徑球壓頭可以測量小尺寸和較薄材料。布氏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。
                      五、布氏硬度計試驗力的選擇:
                      布氏硬度試驗條件的選擇如同洛氏硬度試驗關于標尺的選擇一樣,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則,并且要注意試驗力和壓頭球直徑的合理搭配,應用起來比洛氏硬度試驗略顯復雜。
                      國家標準中規定了4種直徑的硬質合金球做壓頭。
                      布氏硬度不同條件下的試驗力如下圖:


                    硬度符號

                    球體直徑
                    D/mm

                    -壓頭直徑比
                    0.102×F/D2/
                    (N/mm2)

                    試驗力
                    標稱值
                    F/N

                    HBW 10/3000
                    HBW 10/1500
                    HBW 10/1000
                    HBW 10/500
                    HBW 10/250
                    HBW 10/100

                    HBW 5/750
                    HBW 5/250
                    HBW 5/125
                    HBW 5/62.5
                    HBW 5/25

                    HBW 2.5/187.5
                    HBW 2.5/62.5
                    HBW 2.5/31.25
                    HBW 2.5/15.625
                    HBW 2.5/6.25

                    HBW 1/30
                    HBW 1/10
                    HBW 1/5
                    HBW 1/2.5
                    HBW 1/1

                    10
                    10
                    10
                    10
                    10
                    10

                    5
                    5
                    5
                    5
                    5

                    2.5
                    2.5
                    2.5
                    2.5
                    2.5

                    1
                    1
                    1
                    1
                    1

                    30
                    15
                    10
                    5
                    2.5
                    1

                    30
                    10
                    5
                    2.5
                    1

                    30
                    10
                    5
                    2.5
                    1

                    30
                    10
                    5
                    2.5
                    1

                    29420
                    14701
                    9807
                    4903
                    2452
                    980.7

                    7355
                    2452
                    1226
                    612.9
                    245.2

                    1839
                    612.9
                    306.5
                    153.2
                    61.29

                    294.2
                    98.07
                    49.03
                    24.52
                    9.807


                      為了反映式樣盡量大面積上的硬度值,盡可能選擇大直徑壓頭進行試驗。
                      當試樣厚度允許時,應優先選用直徑10mm的球體壓頭。
                      試驗力的選擇必須保證壓痕直徑d在0.24D~0.6D之間。

                      試驗力-壓頭直徑平方比率(0.102F/D2比值)應根據材料和硬度值選擇:


                    材料

                    布氏硬度 HBW

                    試驗力-壓頭直徑比
                    0.102×F/D2/N/mm2

                    鋼、鎳合金、鈦合金

                     

                    30

                    鑄鐵1)

                    140

                    10

                    140

                    30

                    銅及銅合金

                    35

                    5

                    35~200

                    10

                    200

                    30

                    輕金屬及其合金

                    35

                    2.5

                    35~80

                    5

                    10

                    15

                    80

                    10

                    15

                    鉛、錫

                     

                    1

                    1)對鑄鐵的實驗,壓頭名義直徑應為直徑一般為2.5、5、10mm

                      六、布氏硬度對試樣的要求:
                      1)試樣表面質量
                      試樣表面應光滑、平坦,表面應無氧化皮及外界污物,尤其不應有油脂。式樣表面光潔度應能保證壓痕直徑的精準測量,建議試樣表面粗糙度Ra通常不大于1.6μm。過于粗糙的式樣表面會使試樣抵抗實驗力的能力下降,從而導致測定的布氏硬度值偏低,另一方面,也給壓痕直徑的測量帶來較大的誤差,使實驗結果分散加大。
                      制備試樣時,應使過熱或冷加工等因素對試樣表面性能的影響減至最小。
                      2)試樣最小厚度
                      國家標準中對試樣厚度作了明確規定:試樣厚度至少應為壓痕深度的8倍。

                      壓痕平均直徑與試樣最小厚度關系表 mm


                    壓痕平均直徑d

                    試件最小厚度

                    球直徑

                    D=1

                    D=2.5

                    D=5

                    D=10

                    0.2

                    0.08

                     

                     

                     

                    0.3

                    0.18

                     

                     

                     

                    0.4

                    0.33

                     

                     

                     

                    0.5

                    0.54

                     

                     

                     

                    0.6

                    0.8

                    0.29

                     

                     

                    0.7

                     

                    0.4

                     

                     

                    0.8

                     

                    0.53

                     

                     

                    0.9

                     

                    0.67

                     

                     

                    1

                     

                    0.83

                     

                     

                    1.1

                     

                    1.02

                     

                     

                    1.2

                     

                    1.23

                    0.58

                     

                    1.3

                     

                    1.46

                    0.69

                     

                    1.4

                     

                    1.72

                    0.8

                     

                    1.5

                     

                    2

                    0.92

                     

                    1.6

                     

                     

                    1.05

                     

                    1.7

                     

                     

                    1.19

                     

                    1.8

                     

                     

                    1.34

                     

                    1.9

                     

                     

                    1.5

                     

                    2

                     

                     

                    1.67

                     

                    2.2

                     

                     

                    2.04

                     

                    2.4

                     

                     

                    2.46

                    1.17

                    2.6

                     

                     

                    2.92

                    1.38

                    2.8

                     

                     

                    3.43

                    1.6

                    3

                     

                     

                    4

                    1.84

                    3.2

                     

                     

                     

                    2.1

                    3.4

                     

                     

                     

                    2.38

                    3.6

                     

                     

                     

                    2.68

                    3.8

                     

                     

                     

                    3

                    4

                     

                     

                     

                    3.34

                    4.2

                     

                     

                     

                    3.7

                    4.4

                     

                     

                     

                    4.08

                    4.6

                     

                     

                     

                    4.48

                    4.8

                     

                     

                     

                    4.91

                    5

                     

                     

                     

                    5.36

                    5.2

                     

                     

                     

                    5.83

                    5.4

                     

                     

                     

                    6.33

                    5.6

                     

                     

                     

                    6.86

                    5.8

                     

                     

                     

                    7.42

                    6

                     

                     

                     

                    8


                      試樣厚度除滿足表中規定外,試驗后還應檢查試樣背面,如果試樣背面出現變形痕跡,則表明試樣厚度不夠。
                      七、布氏硬度實驗要求:
                      試樣應放置于剛性支撐物上,式樣背面和支撐物之間應清和何物外界污物(養化皮、油、灰塵等)。式樣穩固地放置于支撐物上以保證實驗中不產生位移。 從加力開始至施加完全部試驗力的時間應在2s~8s之間。試驗力保持時間為10s~15s。對于要求試驗力保持時間較長的材料,試驗力保持時間誤差為±2s。 在整個試驗期間,硬度計不應受到影響實驗結果的沖擊和振動。 任一壓痕中心距式樣邊緣的距離至少為壓痕平均直徑的2.5倍。兩相鄰壓痕中心間距至少為壓痕平均直徑的3倍。應在兩相互垂直方向測量壓痕直徑。用兩個讀書的平均值計算布氏硬度。
                      注: 對于自動測量裝置,可采用如下方式計算:
                      ——等間隔多次測量的平均值;
                      ——材料表面壓痕投影面積數值。
                      八、布氏硬度實驗結果的表示:
                      布氏硬度用符號HBW表示,符號HBW前面為硬度值,符號后面是按如下順序表示實驗條件的指示:
                      壓頭直徑,mm; 試驗力數字; 與規定時間不同的試驗力保持時間,s;
                      例1:350HBW5/750 用直徑5mm的球體在7.355kN試驗力保持時間10s~15s測定的布氏硬度值為350。
                      例2:600HBW1/30/20 用直徑1mm的球體在294.2N試驗力保持時間20s測定的布氏硬度值為600。
                      九、布氏硬度測試結果的不確定度
                      影響實驗結果不確定度的因素很多,可分為以下兩大類: 1、與布什硬度計相關的參數(包括硬度計校驗誤差和標準塊標定誤差)。 2、與試驗方法相關的參數(操作條件的變化)。
                      十、布氏硬度測量范圍
                      標準規定的布氏硬度實驗范圍上限為650HBW。
                      對于特殊材料或產品的實驗,應在專門的標準中規定。
                      十一、布氏硬度實驗報告:
                      試驗報告包括如下內容:
                      GB/T 231的本部分編號; 有關式樣的詳細資料; 如果試驗溫度不在10℃~35℃,應注明試驗溫度:實驗結果; 不在GB/T 231本部分規定之內的操作; 影響實驗結果的各種細節。
                      十二、布氏硬度計的日常檢查:
                      使用者應在當天使用硬度計之前,對其使用的硬度標尺或范圍進行檢查。 日常檢查之前,(對每個范圍/標尺和硬度水平)應使用依照GB/T 231.3標定過的標準硬度塊上的標準壓痕進行壓痕測量裝置的間接檢驗。壓痕測量值應與標準硬度塊證書上的標準值相差在0.5%以內。如果測量裝置不能滿足上述要求,應采取相應措施。 日常檢查應在按照GB/T 231.3標定的標準硬度塊上至少打一個壓痕。如果測量的硬度(平均)值與標準硬度塊標準值的差值在GBB/T 231.2中給出的允許誤差之內,則硬度計被認為是滿意的。如果超出,應立即進行間接檢驗。 所有數據應當保存一段時間,一邊監測經獨家的再現性和測量設備的穩定性。


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