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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.pstvalumni.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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