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布氏硬度計原理
用一定直徑的鋼球或硬質合金球,以規定的試驗力壓入式樣表面,經規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。
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。
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。布氏硬度試驗常用的試驗條件是采用10mm直徑的球壓頭,3000kg試驗力。這一條件能體現布氏硬度的特點。但是由于試樣材質不同,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則有2個。
規則一:要使試驗力和球壓頭直徑的平方之比為一個常數。即。這個規則來源于相似律。根據相似律,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。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
本檢定系統規定了布氏硬度計量基準器具和計量標準器具的用途、組成、計量特性和檢定程序,以及工作用計量器具的計量特性和檢定方法。
一、計量基準器具
1、 國家基準
1.1國家基準的用途
國家基準用于布氏硬度單位的復現和保存。
1.2國家基準由下列計量器具組成:
A直接加荷式的硬度機,其試驗力誤差δf≤±0.1%,試驗力按下表見其構成。
B測量壓痕直徑的顯微鏡
顯微鏡標尺的刻度,對于用10和5mm直徑球壓頭打壓的壓痕應能讀到0.002mm;對用于等于和小于2.5mm直徑球壓頭打壓的壓痕應能讀到0.001mm。
顯微鏡任何兩刻線的讀數之差:
對于10和5mm直徑的球壓頭應到±0.002mm以內。
對于等于和小于2.5mm直徑的球壓頭應到±0.001mm以內
C壓頭
基準硬度機的壓頭有1,2,2.5,5,10mm五種鋼球和硬質合金球。其球的直徑誤差、硬度值、粗糙度應滿足下表要求。
1.3國家基準復現的布氏硬度范圍為
8--650HBS(W)
1.4國家基準的不確定度
對試驗力等于或大于1839N(187.5kgf)級的不確定度:
δ≤0.5%
硬度符號 | 球直徑D mm | 0102F/D2 (F/D2) | 試驗力F (KGF) |
HBS(HBW)10/3000 | 10 | 30 | 29.42×103(3000) |
HBS(HBW)10/1500 | 10 | 15 | 14.71×103(1500) |
HBS(HBW)10/1000 | 10 | 10 | 9.807×103(1000) |
HBS(HBW)10/500 | 10 | 5 | 4.903×103(500) |
HBS(HBW)10/250 | 10 | 2.5 | 2.452×103(250) |
HBS(HBW)10/125 | 10 | 1.25 | 1.226×103(125) |
HBS(HBW)10/100 | 10 | 1 | 980.7 (100) |
HBS(HBW)5/750 | 5 | 30 | 7.355×103(750) |
HBS(HBW)5/250 | 5 | 10 | 2.452×103(250) |
HBS(HBW)5/125 | 5 | 5 | 1.226×103(125) |
HBS(HBW)5/62.5 | 5 | 2.5 | 612.9 (62.5) |
HBS(HBW)5/31.25 | 5 | 1.25 | 306.5 (31.25) |
HBS(HBW)5/25 | 5 | 1 | 245.2 (25) |
HBS(HBW)2.5/187.5 | 2.5 | 30 | 1.839×103(187.5) |
HBS(HBW)2.5/62.5 | 2.5 | 10 | 612.9 (62.5) |
HBS(HBW)2.5/31.25 | 2.5 | 5 | 306.5 (31.25) |
HBS(HBW)2.5/15.625 | 2.5 | 2.5 | 153.2 (15.625) |
HBS(HBW)2.5/7.8125 | 2.5 | 1.25 | 76.61 (7.8125) |
HBS(HBW)2.5/6.25 | 2.5 | 1 | 61.29 (6.25) |
HBS(HBW)2/120 | 2 | 30 | 1.177×103(120) |
HBS(HBW)2/40 | 2 | 10 | 392.3 (40) |
HBS(HBW)2/20 | 2 | 5 | 196.1 (20) |
HBS(HBW)2/10 | 2 | 2.5 | 98.07 (10) |
HBS(HBW)2/5 | 2 | 1.25 | 49.03 (5) |
HBS(HBW)2/4 | 2 | 1 | 39.23 (4) |
HBS(HBW)1/30 | 1 | 30 | 294.2 (30) |
HBS(HBW)1/10 | 1 | 10 | 98.07 (10) |
HBS(HBW)1/5 | 1 | 5 | 49.03 (5) |
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