布氏硬度计特点应用及实验要求

2016-03-14技术资料

布氏硬度计特点、原理、应用及实验要求

一、布氏硬度实验执行标准:
金属布氏硬度试验方法新标准采用了国际标准ISO 6506-1:2005。新标准是根据ISO 6506-1:2005重新起草,根据我国的实际情况,采用国际标准时进行了修改和补充。

按国际标准结构,ISO 6506由3部分构成:
ISO 6506-1:2005金属材料 布氏硬度试验 试验方法
ISO 6506-2:2005 金属材料 布氏硬度试验 硬度计的检验与校准
ISO 6506-3:2005金属材料 布氏硬度试验 标准硬度块的标定
ISO 6506-4:2005金属材料 布氏硬度试验 硬度值表

我国的布氏硬度试验方法标准编制与国际标准相对应:
GB/T 231.1-2009 金属布氏硬度试验 第1部分 试验方法
GB/T 231.2-2012 金属布氏硬度试验 第2部分 硬度计的检验与校准
GB/T 231.3-2012 金属布氏硬度试验 第3部分 标准硬度块的标定
GB/T 231.4-2009 金属材料 布氏硬度试验 第4部分 硬度值表

新标准只允许使用硬质合金球压头。布氏硬度符合为HBW,不应与以前的符号HB和用钢球头时使用的符号HBS相混淆。

布氏硬度计

二、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直径球压头,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。
布氏硬度试验的特点是压痕较大,成品检验有困难,试验过程比洛氏硬度试验复杂,测量操作和压痕测量都比较费时,并且由于压痕边缘的凸起、凹陷或圆滑过渡都会使压痕直径的测量产生较大误差,因此要求操作者具有熟练的试验技术和丰富经验,一般要求由专门的实验员操作。

三、布氏硬度计原理:

布氏硬度计的工作原理把一定直径的硬质合金球,在一定试验力作用下,以一定的速度压入试样表面,经规定的试验力保持时间后卸除试验力。测量试样表面压痕直径,以试样压痕球形表面积上的平均压力来表示金属的布氏硬度值。
布氏硬度计特点、原理、应用及实验要求布氏硬度计特点、原理、应用及实验要求

计算公式:
布氏硬度计特点、原理、应用及实验要求

式中:F—试验力,N;
S—压痕表面积,mm2;
D—硬质合金球直径,mm;
h—压痕深度, mm;
d—压痕直径,mm
布氏硬度计特点、原理、应用及实验要求

四、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和软钢,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。

五、布氏硬度计试验力的选择:
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。
国家标准中规定了4种直径的硬质合金球做压头。
布氏硬度不同条件下的试验力如下图:


硬度符号

球体直径
D/mm

力-压头直径比
0.102×F/D2/
(N/mm2)

试验力
标称值
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

为了反映式样尽量大面积上的硬度值,尽可能选择大直径压头进行试验。
当试样厚度允许时,应优先选用直径10mm的球体压头。
试验力的选择必须保证压痕直径d在0.24D~0.6D之间。
试验力-压头直径平方比率(0.102F/D2比值)应根据材料和硬度值选择:


材料

布氏硬度 HBW

试验力-压头直径比
0.102×F/D2/(N/mm2)

钢、镍合金、钛合金

30

铸铁1)

<140

10

≥140

30

铜及铜合金

<35

5

35~200

10

>200

30

轻金属及其合金

<35

2.5

35~80

5

10

15

>80

10

15

铅、锡

1

1)对铸铁的实验,压头名义直径应为直径一般为2.5、5、10mm

六、布氏硬度对试样的要求:

1)试样表面质量
试样表面应光滑、平坦,表面应无氧化皮及外界污物,尤其不应有油脂。式样表面光洁度应能保证压痕直径的精准测量,建议试样表面粗糙度Ra通常不大于1.6μm。过于粗糙的式样表面会使试样抵抗实验力的能力下降,从而导致测定的布氏硬度值偏低,另一方面,也给压痕直径的测量带来较大的误差,使实验结果分散加大。
制备试样时,应使过热或冷加工等因素对试样表面性能的影响减至最小。
2)试样最小厚度
国家标准中对试样厚度作了明确规定:试样厚度至少应为压痕深度的8倍。
压痕平均直径与试样最小厚度关系表 mm
布氏硬度计特点、原理、应用及实验要求
试样厚度除满足表中规定外,试验后还应检查试样背面,如果试样背面出现变形痕迹,则表明试样厚度不够。

七、布氏硬度实验要求:
试样应放置于刚性支撑物上,式样背面和支撑物之间应清和何物外界污物(养化皮、油、灰尘等)。式样稳固地放置于支撑物上以保证实验中不产生位移。 从加力开始至施加完全部试验力的时间应在2s~8s之间。试验力保持时间为10s~15s。对于要求试验力保持时间较长的材料,试验力保持时间误差为±2s。 在整个试验期间,硬度计不应受到影响实验结果的冲击和振动。 任一压痕中心距式样边缘的距离至少为压痕平均直径的2.5倍。两相邻压痕中心间距至少为压痕平均直径的3倍。应在两相互垂直方向测量压痕直径。用两个读书的平均值计算布氏硬度。
注: 对于自动测量装置,可采用如下方式计算:
——等间隔多次测量的平均值;
——材料表面压痕投影面积数值。

八、布氏硬度实验结果的表示:
布氏硬度用符号HBW表示,符号HBW前面为硬度值,符号后面是按如下顺序表示实验条件的指示:
压头直径,mm; 试验力数字; 与规定时间不同的试验力保持时间,s;
例1:350HBW5/750 用直径5mm的球体在7.355kN试验力保持时间10s~15s测定的布氏硬度值为350。
例2:600HBW1/30/20 用直径1mm的球体在294.2N试验力保持时间20s测定的布氏硬度值为600。

九、布氏硬度测试结果的不确定度
影响实验结果不确定度的因素很多,可分为以下两大类: 1、与布什硬度计相关的参数(包括硬度计校验误差和标准块标定误差)。 2、与试验方法相关的参数(操作条件的变化)。

十、布氏硬度测量范围
标准规定的布氏硬度实验范围上限为650HBW。
对于特殊材料或产品的实验,应在专门的标准中规定。

十一、布氏硬度实验报告:
试验报告包括如下内容:
GB/T 231的本部分编号; 有关式样的详细资料; 如果试验温度不在10℃~35℃,应注明试验温度:实验结果; 不在GB/T 231本部分规定之内的操作; 影响实验结果的各种细节。

十二、布氏硬度计的日常检查:
使用者应在当天使用硬度计之前,对其使用的硬度标尺或范围进行检查。 日常检查之前,(对每个范围/标尺和硬度水平)应使用依照GB/T 231.3标定过的标准硬度块上的标准压痕进行压痕测量装置的间接检验。压痕测量值应与标准硬度块证书上的标准值相差在0.5%以内。如果测量装置不能满足上述要求,应采取相应措施。 日常检查应在按照GB/T 231.3标定的标准硬度块上至少打一个压痕。如果测量的硬度(平均)值与标准硬度块标准值的差值在GBB/T 231.2中给出的允许误差之内,则硬度计被认为是满意的。如果超出,应立即进行间接检验。 所有数据应当保存一段时间,一边监测经独家的再现性和测量设备的稳定性。