一 布氏(shì)硬度計(jì)原(yuán)理
對直徑(jìng)為D的硬質合金(jīn)壓頭(tóu)施(shī)加規定的(dí)試(shì)驗力，使壓頭壓(yā)入(rù)試(shì)樣(yàng)表(biǎo)麵，經規定(dìng)的保(bǎo)持時間(jiān)後(hòu)，除去(qù)試驗力(lì)，測量(liáng)試樣表(biǎo)麵(miàn)的(dí)壓(yā)痕直徑d，布氏(shì)硬(yìng)度用試(shì)驗(yàn)力除(chú)以壓痕(hén)表(biǎo)麵(miàn)積(jī)的(dí)商來(lái)計(jì)算(suàn)。
二(èr) 布(bù)氏硬(yìng)度(dù)計的特(tè)點
布氏(shì)硬度試驗(yàn)的(dí)優(yōu)點(diǎn)是其硬度代表性(xìng)好，由(yóu)於通(tōng)常采(cǎi)用的是(shì)10 mm直徑球壓(yā)頭(tóu)，3000kg試(shì)驗力(lì)，其壓痕(hén)麵(miàn)積較大，能(néng)反映較大範圍內(nèi)金屬各組(zǔ)成相(xiāng)綜合影響(xiǎng)的(dí)平均(jūn)值，而(ér)不(bù)受個別組成(chéng)相及微小(xiǎo)不均匀(yún)度(dù)的影(yǐng)響(xiǎng)，因(yīn)此特(tè)別適用(yòng)於(yú)測(cè)定(dìng)灰鑄鐵，軸承合(hé)金(jīn)和具(jù)有粗(cū)大晶粒的金(jīn)屬材料(liào)。它(tā)的試驗數據(jù)穩定(dìng)，重現性(xìng)好(hǎo)，精(jīng)度高於洛氏(shì)，低於(yú)維氏(shì)。此(cǐ)外布氏硬(yìng)度值與(yǔ)抗(kàng)拉(lā)強(qiáng)度值之(zhī)間(jiān)存在較(jiào)好(hǎo)的對(duì)應(yīng)關(guān)係。
布氏硬度(dù)試(shì)驗(yàn)的缺點(diǎn)是壓痕較大，成品檢驗有困(kùn)難(nán)，試驗過程(chéng)比洛氏硬(yìng)度(dù)試(shì)驗(yàn)復雜，測量(liáng)操(cāo)作和壓痕測(cè)量都比較(jiào)費(fèi)時，並(bìng)且由於(yú)壓痕邊緣的凸(tū)起，凹(āo)陷(xiàn)或(huò)圓(yuán)滑(huá)過渡(dù)都會(huì)使壓痕直徑(jìng)的測量產生較(jiào)大誤差，因此要求操作(zuò)者(zhě)具有熟練的試(shì)驗(yàn)技(jì)術(shù)和(hé)豐富經驗，一(yī)般要求(qiú)由專門的實(shí)驗員(yuán)操作。
三 布氏硬(yìng)度(dù)計(jì)的(dí)應(yīng)用(yòng)
布(bù)氏硬度(dù)計主(zhǔ)要(yào)用於組織不均匀的鍛鋼和鑄鐵的硬(yìng)度(dù)測(cè)試，鍛(duàn)鋼和灰(huī)鑄鐵的布氏硬度(dù)與(yǔ)拉(lā)伸(shēn)試(shì)驗(yàn)有著較(jiào)好的(dí)對應關係(xì)。布氏硬(yìng)度試驗還(huán)可用(yòng)於有色金(jīn)屬(shǔ)和軟(ruǎn)鋼，采用小(xiǎo)直(zhí)徑球壓頭可以測(cè)量(liáng)小(xiǎo)尺(chǐ)寸和(hé)較薄材料(liào)。布(bù)氏硬(yìng)度計多用於(yú)原材料和半成(chéng)品(pǐn)的檢測，由於壓痕(hén)較(jiào)大(dà)，一般不用(yòng)於成品檢(jiǎn)測。
布(bù)氏硬度試驗(yàn)條(tiáo)件的選(xuǎn)擇(zé)如同(tóng)洛(luò)氏(shì)硬度試驗關於(yú)標尺的選擇(zé)一(yī)樣(yàng)，布氏硬(yìng)度(dù)試(shì)驗(yàn)也要遇到(dào)試驗條件(jiàn)的(dí)選擇問題，即(jí)試(shì)驗(yàn)力F和壓(yā)頭(tóu)球(qiú)直徑(jìng)D的選擇(zé)。這(zhè)種(zhǒng)選(xuǎn)擇不(bù)是(shì)任(rèn)意(yì)的(dí)，而是(shì)要(yào)遵(zūn)循一定的規則，並且要注意試(shì)驗(yàn)力和壓(yā)頭球直徑(jìng)的(dí)合理(lǐ)搭(dā)配(pèi)，應用(yòng)起來(lái)比(bǐ)洛(luò)氏(shì)硬(yìng)度(dù)試驗略(lüè)顯復雜(zá)。布(bù)氏硬(yìng)度(dù)試驗(yàn)常用(yòng)的試驗(yàn)條(tiáo)件是采用10mm直徑(jìng)的球(qiú)壓頭，3000kg試驗力。這(zhè)一條(tiáo)件能(néng)體現布氏(shì)硬(yìng)度的特(tè)點(diǎn)。但是(shì)由於試樣材質不(bù)同，硬度不同，試(shì)樣(yàng)大小，薄厚也(yě)不(bù)同，一(yī)種(zhǒng)試驗力(lì)，一種壓頭自(zì)然不能滿足要(yào)求。在試(shì)驗(yàn)力和壓(yā)頭球(qiú)直徑的(dí)選(xuǎn)擇方(fāng)麵(miàn)需要遵循的規(guī)則有(yǒu)2個(gè)。
1，要使試驗(yàn)力(lì)和球壓(yā)頭直徑的平(píng)方之比(bǐ)為(wéi)一個(gè)常數。即(jí) F/D2=F1/D12 = F2/D22 =K
這個規則(zé)來(lái)源(yuán)於(yú)相(xiāng)似律。根(gēn)據(jù)相似(sì)律，在(zài)圖3.1中不同(tóng)直(zhí)徑(jìng)的球壓頭(tóu)D1，D2在(zài)不同的試驗(yàn)力F1，F2作用(yòng)下壓入(rù)試(shì)樣表(biǎo)麵(miàn)，壓痕(hén)直徑d1，d2是不(bù)同的，但是隻(zhī)要(yào)壓入(rù)角φ1，φ2相同，壓痕就(jiù)具(jù)有(yǒu)相似性(xìng)。這時試驗(yàn)力和壓頭球直(zhí)徑(jìng)的(dí)平(píng)方之(zhī)比(bǐ)就是(shì)一個(gè)常(cháng)數。在這種(zhǒng)條(tiáo)件(jiàn)下(xià)，采用不(bù)同(tóng)的(dí)試(shì)驗力和(hé)不同直(zhí)徑(jìng)的球(qiú)壓(yā)頭(tóu)，在同一(yī)試樣(yàng)上(shàng)測得(dé)的硬(yìng)度值(zhí)是(shì)相同(tóng)的(dí)，在(zài)不(bù)同的試樣上(shàng)測得的硬(yìng)度值是(shì)可以(yǐ)相(xiāng)互比(bǐ)較的(dí)。試(shì)驗(yàn)力與壓頭球直(zhí)徑(jìng)平(píng)方之比在采用(yòng)公斤力的(dí)舊(jiù)標(biāo)準(zhǔn)中表(biǎo)示為(wéi)F/D2，在采用牛(niú)頓(dùn)力(lì)的新標準中表(biǎo)示為(wéi)0.102 F/D2。
2，試(shì)驗後壓痕直徑(jìng)的一些(xiē)說(shuō)明
試(shì)驗後要使(shǐ)壓痕直徑(jìng)處於(yú)0.24D < d < 0.6D範圍(wéi)，否則試(shì)驗結(jié)果(guǒ)是無(wú)效的(dí),應(yīng)選擇合(hé)適的試驗力重(zhòng)新試驗(yàn)。人們(mén)的大量(liáng)試驗(yàn)表明，當(dāng)壓(yā)頭直(zhí)徑(jìng)在0.24D～0.6D之間時，測得(dé)的(dí)硬度(dù)值(zhí)與(yǔ)試(shì)驗(yàn)力大小(xiǎo)無(wú)關。布氏硬(yìng)度試驗可(kě)選擇(zé)的(dí)試驗(yàn)力(lì)從(cóng)3000kg到(dào)1kg大(dà)約(yuē)有20個(gè)級別。布氏硬(yìng)度(dù)試(shì)驗可選(xuǎn)擇的(dí)壓(yā)頭直(zhí)徑(jìng)為φ10mm， φ5mm，φ2.5mm，φ1mm共(gòng)4種。布(bù)氏硬(yìng)度試驗可(kě)選(xuǎn)擇(zé)的(dí)0.102F/D2值為30，15，10，5，2.5，1共6種。
標準GB/T231.1—2002中規定的試驗條(tiáo)件如表3.1所(suǒ)示。
硬度符(fú)號 | 球直徑D/mm | 試驗力(lì)－壓頭球(qiú)直(zhí)徑(jìng)平(píng)方的(dí)比率0.102F/D2 | 試(shì)驗力(lì)F/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 |
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 |
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 |
HBW2.5/6.25 | 2.5 | 1 | 61.29 |
HBW1/30 | 1 | 30 | 294.2 |
HBW1/10 | 1 | 10 | 98.07 |
HBW1/5 | 1 | 5 | 49.03 |
HBW1/2.5 | 1 | 2.5 | 24.52 |
HBW1/1 | 1 | 1 | 9.807 |
表3.1 布(bù)氏硬(yìng)度試(shì)驗條(tiáo)件(jiàn)
標準(zhǔn)GB/T231.1—2002中規定試驗力和壓(yā)頭(tóu)直(zhí)徑平方(fāng)之(zhī)比（0.102F/D2）應(yīng)按材料的(dí)種類和(hé)硬(yìng)度範(fàn)圍來選擇，如表3.2所示。
材料 | 布(bù)氏硬度HBW | 試驗力(lì)-壓頭球(qiú)直徑平方的比(bǐ)率0.102F/D2 |
鋼(gāng)，鎳合金(jīn)，鈦合金 |
| 30 |
鑄(zhù)鐵(tiě) | <140 | 10 |
≥140 | 30 | |
銅及銅合(hé)金 | <35 | 5 |
35～200 | 10 | |
>200 | 30 |
輕金屬(shǔ)及(jí)合金 | <35 | 2.5 |
35～80 | 5，10，15 | |
>80 | 10，15 | |
鉛(qiān)，錫(xī) |
| 1 |
表(biǎo)3.2試驗力(lì)—壓頭(tóu)直(zhí)徑平方之比的(dí)選(xuǎn)擇
其中(zhōng)，對於(yú)鑄鐵的試(shì)驗(yàn)，壓頭(tóu)球直徑(jìng)一般(bān)為2.5ｍｍ，5ｍｍ和(hé)10ｍｍ。標準GB/T231.1—2002中(zhōng)規(guī)定，對(duì)於鋼隻有一(yī)種(zhǒng)選擇，就是(shì)0.102F/D2=30，對(duì)於其他材料，根(gēn)據(jù)其不(bù)同的硬度(dù)範圍，有(yǒu)2～3種(zhǒng)0.102F/D2值可(kě)供選擇。
四(sì)，我(wǒ)司(sī)布(bù)氏(shì)硬度(dù)試驗(yàn)選擇經(jīng)驗
北京時代新天測(cè)控(kòng)技術有限公司是開(kāi)發(fā)，生產新(xīn)型(xíng)檢測設(shè)備(bèi)為(wéi)重(zhòng)點的(dí)科(kē)技先(xiān)導型企業，公(gōng)司以(yǐ)滿(mǎn)足(zú)用(yòng)戶的需求做(zuò)為企業(yè)的(dí)發展(zhǎn)重要(yào)目(mù)標。公(gōng)司現(xiàn)有(yǒu)七十餘種儀器儀表(biǎo)，硬(yìng)度檢測儀器也(yě)是我們的常規經(jīng)營項(xiàng)目(mù)，經(jīng)過多年(nián)的(dí)生(shēng)產(chǎn)及應(yīng)用實(shí)踐(jiàn)，積(jī)累(léi)眾多經驗(yàn)，試驗時我(wǒ)們建(jiàn)議從(cóng)以下三(sān)步(bù)完(wán)成(chéng)試驗。
1，根據(jù)材(cái)料(liào)種類和(hé)硬度(dù)範圍，按表(biǎo)3.2選(xuǎn)擇0.102F/D2值(zhí)，一般較(jiào)硬(yìng)的(dí)材(cái)料選(xuǎn)擇較高(gāo)的0.102F/D2值，較軟的材料(liào)選(xuǎn)擇(zé)較低的0.102F/D2值，鋼鐵材(cái)料隻選(xuǎn)擇0.102F/D2＝30一個(gè)值(zhí)。
2，根據試樣的厚(hòu)度(dù)和大小(xiǎo)選擇(zé)壓頭直徑D和(hé)試(shì)驗(yàn)力F，對(duì)於較厚(hòu)，較大的(dí)試樣，應盡(jìn)量選用φ10mm的壓(yā)頭(tóu)和相應(yīng)的試驗力，因(yīn)為這樣能(néng)體現布氏硬度(dù)計(jì)的特(tè)點。對於較薄，較(jiào)小(xiǎo)的試樣(yàng)，應選用較小(xiǎo)的壓(yā)頭和較(jiào)小的試(shì)驗(yàn)力(lì)。以保(bǎo)證滿(mǎn)足布氏硬(yìng)度(dù)試驗(yàn)關於“試樣厚度應大於壓痕深(shēn)度(dù)的(dí)8倍(bèi)”的要(yào)求(qiú)。
3，完成上(shàng)述選擇(zé)之(zhī)後應進行初步(bù)試(shì)驗(yàn)，確定壓痕直徑是否(fǒu)滿(mǎn)足(zú)0.24D < d < 0.6D。 如果滿足這一要求，就(jiù)可進(jìn)行正(zhèng)式(shì)測試，並查表得到(dào)布氏硬(yìng)度值。如果不(bù)滿足這一(yī)要求，當壓(yā)痕直徑小(xiǎo)於0.24D時，說(shuō)明壓(yā)痕過小(xiǎo)，應重新選擇(zé)大一些(xiē)的試(shì)驗力。當壓痕(hén)直徑大於0.6D時(shí)，說明壓痕過(guò)大(dà)，應重(zhòng)新選擇小一些的試驗(yàn)力。
通過測(cè)試(shì)布氏(shì)硬(yìng)度可以(yǐ)間接得(dé)到(dào)材(cái)料(liào)的(dí)抗(kàng)拉強度(dù)。這(zhè)一(yī)點在生產實際中具(jù)有(yǒu)重(zhòng)大意(yì)義(yì)。可以(yǐ)通(tōng)過(guò)測(cè)量硬度(dù)的方法得到(dào)近(jìn)似(sì)的(dí)強度(dù)值，這樣(yàng)既可(kě)以(yǐ)提高工作效(xiào)率，又可(kě)以(yǐ)節(jié)省材(cái)料。
