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布氏硬度計特點、原理、應(yīng)用及實驗要求

一、布氏硬度實驗執(zhí)行標(biāo)準；
二、布氏硬度計的特點；
三、布氏硬度計原理；
四、布氏硬度計的應(yīng)用；
五、布氏硬度試驗力的選擇；
六、布氏硬度對試樣的要求；
七、布氏硬度實驗方法要求；
八、布氏硬度實驗結(jié)果的表示；
九、布氏硬度測試結(jié)果的不確定度；
十、布氏硬度范圍；
十一、布氏硬度實驗報告；
十二、布氏硬度計的日常檢查；

一、布氏硬度實驗執(zhí)行標(biāo)準：
金屬布氏硬度試驗方法新標(biāo)準采用了國際標(biāo)準ISO 6506-1：2005。新標(biāo)準是根據(jù)ISO 6506-1：2005重新起草，根據(jù)我國的實際情況，采用國際標(biāo)準時進行了修改和補充。

按國際標(biāo)準結(jié)構(gòu)，ISO 6506由3部分構(gòu)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(biāo)準硬度塊的標(biāo)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(biāo)準編制與國際標(biāo)準相對應(yīng)：
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(biāo)準硬度塊的標(biāo)定
GB/T 231.4-2009 金屬材料 布氏硬度試驗 第4部分 硬度值表

新標(biāo)準只允許使用硬質(zhì)合金球壓頭。布氏硬度符合為HBW，不應(yīng)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(yōu)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(nèi)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(shù)據(jù)穩(wěn)定，重現(xiàn)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(yīng)關(guān)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(fù)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(chǎn)生較大誤差，因此要求操作者具有熟練的試驗技術(shù)和豐富經(jīng)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(zhì)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(jīng)規(guī)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。

計算公式：

式中：F—試驗力，N；
S—壓痕表面積，mm2；
D—硬質(zhì)合金球直徑，mm；
h—壓痕深度， mm；
d—壓痕直徑，mm

四、布氏硬度計的應(yīng)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(yīng)關(guān)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(guān)于標(biāo)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(guī)則，并且要注意試驗力和壓頭球直徑的合理搭配，應(yīng)用起來比洛氏硬度試驗略顯復(fù)雜。
國家標(biāo)準中規(guī)定了4種直徑的硬質(zhì)合金球做壓頭。
布氏硬度不同條件下的試驗力如下圖：

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(dāng)試樣厚度允許時，應(yīng)優(yōu)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(yīng)根據(jù)材料和硬度值選擇：

六、布氏硬度對試樣的要求：

1）試樣表面質(zhì)量
試樣表面應(yīng)光滑、平坦，表面應(yīng)無氧化皮及外界污物，尤其不應(yīng)有油脂。式樣表面光潔度應(yīng)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(dǎo)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(jié)果分散加大。
制備試樣時，應(yīng)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(biāo)準中對試樣厚度作了明確規(guī)定：試樣厚度至少應(yīng)為壓痕深度的8倍。
壓痕平均直徑與試樣最小厚度關(guān)系表 mm

試樣厚度除滿足表中規(guī)定外，試驗后還應(yīng)檢查試樣背面，如果試樣背面出現(xiàn)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(yīng)放置于剛性支撐物上，式樣背面和支撐物之間應(yīng)清和何物外界污物（養(yǎng)化皮、油、灰塵等）。式樣穩(wěn)固地放置于支撐物上以保證實驗中不產(chǎn)生位移。 從加力開始至施加部試驗力的時間應(yīng)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(yīng)受到影響實驗結(jié)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(yīng)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(shù)值。

八、布氏硬度實驗結(jié)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(shù)字； 與規(guī)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(jié)果的不確定度
影響實驗結(jié)果不確定度的因素很多，可分為以下兩大類： 1、與硬度計相關(guān)的參數(shù)（包括硬度計校驗誤差和標(biāo)準塊標(biāo)定誤差）。 2、與試驗方法相關(guān)的參數(shù)（操作條件的變化）。

十、布氏硬度測量范圍
標(biāo)準規(guī)定的布氏硬度實驗范圍上限為650HBW。
對于特殊材料或產(chǎn)品的實驗，應(yīng)在專門的標(biāo)準中規(guī)定。

十一、布氏硬度實驗報告：
試驗報告包括如下內(nèi)容：
GB/T 231的本部分編號； 有關(guān)式樣的詳細資料； 如果試驗溫度不在10℃~35℃，應(yīng)注明試驗溫度：實驗結(jié)果； 不在GB/T 231本部分規(guī)定之內(nèi)的操作； 影響實驗結(jié)果的各種細節(jié)。

十二、布氏硬度計的日常檢查：
使用者應(yīng)在當(dāng)天使用硬度計之前，對其使用的硬度標(biāo)尺或范圍進行檢查。 日常檢查之前，（對每個范圍/標(biāo)尺和硬度水平）應(yīng)使用依照GB/T 231.3標(biāo)定過的標(biāo)準硬度塊上的標(biāo)準壓痕進行壓痕測量裝置的間接檢驗。壓痕測量值應(yīng)與標(biāo)準硬度塊證書上的標(biāo)準值相差在0.5％以內(nèi)。如果測量裝置不能滿足上述要求，應(yīng)采取相應(yīng)措施。 日常檢查應(yīng)在按照GB/T 231.3標(biāo)定的標(biāo)準硬度塊上至少打一個壓痕。如果測量的硬度(平均）值與標(biāo)準硬度塊標(biāo)準值的差值在GBB/T 231.2中給出的允許誤差之內(nèi)，則硬度計被認為是滿意的。如果超出，應(yīng)立即進行間接檢驗。 所有數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)保存一段時間，一邊監(jiān)測經(jīng)的再現(xiàn)性和測量設(shè)備的穩(wěn)定性。