布氏硬度計原理
用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球,以規(guī)定的試驗力壓入式樣表面,經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力,測量試樣表面的壓痕直徑。布氏硬度值是以試驗力除以壓痕球形表面積所得的商。以HBS(鋼球)表示,單位為N/mm2(MPa)。
測定布氏硬度較準確可靠,但一般HBS只適用于450N/mm2(MPa)以下的金屬材料,對于較硬的鋼或較薄的板材不適用。在鋼管標準中,布氏硬度用途zui廣,往往以壓痕直徑d來表示該材料的硬度,既直觀,又方便。
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10 mm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關系。
布氏硬度試驗的缺點是壓痕較大,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(chǎn)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(jīng)驗,一般要求由專門的實驗員操作。
布氏硬度計的應用
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。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。
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(guī)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。布氏硬度試驗zui常用的試驗條件是采用10mm直徑的球壓頭,3000kg試驗力。這一條件zui能體現(xiàn)布氏硬度的特點。但是由于試樣材質(zhì)不同,硬度不同,試樣大小,薄厚也不同,一種試驗力,一種壓頭自然不能滿足要求。在試驗力和壓頭球直徑的選擇方面需要遵循的規(guī)則有2個。
規(guī)則一:要使試驗力和球壓頭直徑的平方之比為一個常數(shù)。即。這個規(guī)則來源于相似律。根據(jù)相似律,不同直徑的球壓頭D1、D2在不同的試驗力F1、F2作用下壓入試樣表面,壓痕直徑d1、d2是不同的,但是只要壓入角相同,壓痕就具有相似性。這時試驗力和壓頭球直徑的平方之比就是一個常數(shù)。在這種條件下,采用不同的試驗力和不同直徑的球壓頭,在同一試樣上測得的硬度值是相同的,在不同的試樣上測得的硬度值是可以相互比較的。試驗力與壓頭球直徑平方之比在采用公斤力的舊標準中表示為F/D2。在采用牛頓力的新標準中表示為0.102 F/D2。
規(guī)則二:試驗后要使壓痕直徑處于以下范圍:0.24D < d < 0.6D。否則試驗結(jié)果是無效的,應選擇合適的試驗力重新試驗。人們的大量試驗表明,當壓頭直徑在0.24D~0.6D之間時,測得的硬度值與試驗力大小無關。布氏硬度試驗可選擇的試驗力從3000kg到1kg大約有20個級別。
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