布氏硬度辅导讲义综述

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1、2.3.1金属布氏硬度试验 2.3.1.1 试验标准 n中国国家标准 GB/T231.1-2009金属布氏硬度试验 第1部分：试验方法 n国际标准 ISO6506-1（2005）Metallic materialsBrinell hardness testPart1： Test method n国外标准 ASTM E10-08（2008）Standard Test Method for Brinell hardness Vickers of Metallic Materials 2.3.1.2试验原理 （1）布氏硬度试验原理 n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

2、除试验力，测量出试样表面的压 痕直径(见图1)。 图1布氏硬度试验原理 （1）布氏硬度试验原理 n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。 （1） n n式中F试验力，N； nS压痕表面积，mm2； nD硬质合金球直径，mm； nh一压痕深度，mm。 （1）布氏硬度试验原理 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) 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HB

3、W值。 （2）.布氏硬度压痕相似原理 n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。 n图2所示的两个不同直径D

4、1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。 （2）.布氏硬度压痕相似原理 图2 压痕相似原理 （2）.布氏硬度压痕相似原理 从图2看出，d与压入角有下列几何关系：d=Dsin 代入式（3）得： HBW= (4) 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。 根据大量试验结果可以证明： (5) 式中

5、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0.24D0.60D之间，否 则试验结果无效。 （2）.布氏硬度压痕相似原理 (3).利用布氏硬度压痕深度与硬度标准块的对应 关系测量布氏硬度的方法原理 n在规定的条件下，将硬质合金球头压入材料表面，测 量压入的深度，对比深度与硬度值关系曲线，从而得 到硬度值的全过程。深度的测量可采用直接测量压痕 的深度或测量在一定初试验力下压头的位置与在工作 试验力下压痕最深点的位置之差。

6、n 此方法是被用来进行布氏硬度快速测试的方法，如： 工件经热处理后的布氏硬度快速测试。 2.3.1.3布氏硬度表示方法 n布氏硬度用符号HBW表示。 n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 10s15s测得的布氏硬度值为264。 2.3.1.4试验方法 (1)术语符号及相关说明 1.硬度 材料抵抗永久压痕变形的能力。 2.布氏硬度 将一定直径硬质合金球压头用一定的试验力压入试样 表面，材料产生永久压痕

7、变形的度量单位。 3.布氏硬度计 用于布氏硬度试验的试验机。 4.压头 在布氏硬度试验过程中，用以施加试验力的一定直径 硬质合金球压头。 5.压痕 在布氏硬度试验中由压头在材料表面上产生的印痕。 (1)术语符号及相关说明 6.直接检验 测定布氏硬度计的主要部件或参数（所加力的最大误 差、测量的压痕直径、压头的几何尺寸、试验循环等 参数）是否在规定允差之内的操作过程。 7.间接检验 使用标准块进行测量以测定布氏硬度计性能的操作过 程。 8.标准块 用于布氏硬度计间接检验，带有检定合格的压痕值， 块状的标准物质。 (1)术语符号及相关说明 9.试验力 在试验或标定过程中施加的规定力值。 10.试验

8、力施加时间 对材料施加试验力开始直到达到规定试验力的时间段 。 11.试验力保持时间 在布氏硬度试验过程中，保持试验力恒定的时间段， 该时间从施加到规定试验力时起至该力卸除开始时止 。 12.试验循环 在布氏硬度试验过程中，施加和卸除试验力的速率以 及试验力的保持时间。 布氏硬度所用符号及名称 n符号 单位 名称 nF N 试验力 nD mm 球直径 nD mm 压痕平均直径 nd1，d2 mm 在两相互垂直方向测量的压痕直径 nh mm 压痕深度 nHBW 布氏硬度=常数试验力/压痕表面积 =0.102F/dh n0.102F/D2 试验力-球直径平方的比率 (2)适用范围： n布氏硬度适用

9、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。 n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。 n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。 (3).试验设备要求 图4 布氏硬度计 试验力的误差 n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 n变动度不大于1 不同球直径的允差 单位为

10、毫米 球 直 径 允差 10 0.005 5 0.004 2.5 0.003 1 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。 压痕测量装置的校准 n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。 n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%。 n 测量投影区域时，其最大允许误差应为 1%。 间接检验 n间接检验应在(23士5)温度范围内使用按GB/T 231. 3 标定的标准块进行。如果在该温度范围以外进行检验 ，应在检验报告中注明。 n标准块的试

11、验面和支承面与压头表面不应有任何腐蚀 性污物。 n硬度计应针对各级试验力和所使用的每种规格的球进 行检验。对每一试验力，应从下列硬度范围中至少选 取两块标准块: n 200 HBW; n300HBW400; n500HBW, 硬度计的示值重复性和示值误差 n标准块硬度 示值重复性的 示值误差的 n HBW 最大允许值mm 最大允许值 % n 125 0.030d 3 n125HBW225 0.025d 2.5 n225 0.020d 2 (4)试样的准备 n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

12、于1.6m。 n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。 n试样厚度至少应为压痕深度的8倍。试样最小 厚度与压痕平均直径的关系见GB/T231.1-2009 附录B。 n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。 试样举例 n例：有一钛合金板，试样厚度4mm，压头直径为 10mm；在29420N试验力作用下；测得压痕直径d 3.30mm，试确定试样厚度是否满足试验要求。 解：由公式()可求得压痕深度h： h= = =0.25mm 由试样厚度H8h， 则试样的最小厚度H80.25mm2mm 因4mm2mm，所以试样厚度满足要求。 (5) 试验条件 n试验应在

13、1035室温下进行。对温 度有较高要求的试验，室温应控制在 235。 球压头与试验力的组合1 符号 压头D F/D2 试验力F /mm /N HBW10/3000 10 30 29420 HBW10/1500 10 15 14710 HBW10/1000 10 10 9807 HBW10/500 10 5 4903 HBW10/250 10 2.5 2452 HBW10/100 10 1 980.7 球压头与试验力的组合2 符号 压头D F/D2 试验力F /mm /N HBW5/750 5 30 7355 HBW5/250 5 10 2452 HBW5/125 5 5 1226 HBW5/62.5 5 2.5 612.9 HBW5/25 5 1 245.2 球压头与试验力的组合3 符号 压头D F/D2 试验力F /mm /N HBW2.5/187.5 2.5 30 1839 HBW2.5/62.5 2.5 10 612.9 HBW2.5/31.25 2.5 5 306.5 HBW2.5/15.625 2.5 2.5 153.2 HBW5/6.25 2.5 1 61.29 球压头与试验力的组合4 符号 压头D F/D2 试验力F /mm /N HBW1/30 1 30 294.2 HBW1/10 1 10 98.07 HBW1/5 1 5 49.03 HBW1