布氏硬度辅导讲义

1、2.3.1金属布氏硬度试验2.3.1.1 试验标准n中国国家标准GB/T231.1-2009金属布氏硬度试验 第1部分：试验方法n国际标准ISO6506-1（2005）Metallic materialsBrinell hardness testPart1： Test methodn国外标准ASTM E10-08（2008）Standard Test Method for Brinell hardness Vickers of Metallic Materials2.3.1.2试验原理（1）布氏硬度试验原理n对一定直径硬质合金球施加试验力压入试样表面，经规定保持时间后，卸除试验力，测量出试样表

2、面的压痕直径(见图1)。 图1布氏硬度试验原理 （1）布氏硬度试验原理n布氏硬度与试验力除以压痕表面积的商成正比。压痕被看作是具有一定半径的球形，压痕的表面积通过压痕的平均直径和压头直径计算得到。 （1）n n式中F试验力，N；nS压痕表面积，mm2；nD硬质合金球直径，mm；nh一压痕深度，mm。0.1020.102FFHBWSDh（1）布氏硬度试验原理在实际试验时，由于压痕深度h测量比较困难，而测量压痕直径d比较方便，因此将1式中h换算成d的关系 h= (2)代入1式得: HBW= (3)3式中只有d是变数，试验时只要测量出压痕直径d，可通过计算或查布氏硬度数值表即可得出HBW值。222D

3、Dd2220.102()FD DDd（2）.布氏硬度压痕相似原理 n布氏硬度试验中只有在试验力和压头直径恒定的条件下所测得的硬度值才具有可比性。然而实际情况是，所测试金属材料有硬有软，试件有厚有薄，有大有小，如果只采用一种标准的试验力和压球直径，就会出现对硬的材料合适，而对软的材料会发生压球陷入金属材料内的现象；对厚的材料合适，而对薄的材料可能发生压透的现象。因此在布氏硬度试验时，要求根据试样的材料硬度和厚度，选用大小不同的试验力和压头直径。在这种情况下，为了使得同一材料的试样所测得的布氏硬度值相同，或在不同的试样上所测得的结果具有可比性，就必须应用“压痕相似原理”来解决。n图2所示的两个不同

4、直径D1和D2的球体，分别在不同的试验力F1和F2作用下压入试样表面的情况。由图可见，只有在压入角（即通过压痕直径两端所引球体半径的夹角）保持不变的条件下，才能使所测定的硬度值相同。F与D之间必须保持一定的制约关系。（2）.布氏硬度压痕相似原理图2 压痕相似原理（2）.布氏硬度压痕相似原理从图2看出，d与压入角有下列几何关系：d=Dsin代入式（3）得：HBW= (4)由上式可见，要保证对同一材料测得的布氏硬度值相同，必须使压入角为常数，此外还必须使F/D2值为常数。但是F/D2值与并不是相互独立的参量，它们之间也存在一定关系。2220.102(11 sin)2FD2根据大量试验结果可以证明：

5、 (5)式中A是与材料有关的常数。由此可见，试验时只要保持F/D2值为一常数，就可使压入角保持不变，从而保证得到几何相似的压痕。注：为了得到准确的试验结果，除F与D应满足这一选配原则外， 还应通过F与D的选择使压痕直径d限定在0.24D0.60D之间，否则试验结果无效。 2sin2FAD（2）.布氏硬度压痕相似原理(3).利用布氏硬度压痕深度与硬度标准块的对应关系测量布氏硬度的方法原理n在规定的条件下，将硬质合金球头压入材料表面，测量压入的深度，对比深度与硬度值关系曲线，从而得到硬度值的全过程。深度的测量可采用直接测量压痕的深度或测量在一定初试验力下压头的位置与在工作试验力下压痕最深点的位置之

6、差。n 此方法是被用来进行布氏硬度快速测试的方法，如：工件经热处理后的布氏硬度快速测试。2.3.1.3布氏硬度表示方法n布氏硬度用符号HBW表示。n符号HBW之前书写硬度值，符号后面依次表示球体直径、试验力及试验力保持时间。当试验力保持时间为10s-15s时不标注。例如264HBW5/750表示用直径为5mm的硬质合金球在7.355kN(750kgf)试验力作用下，保持10s15s测得的布氏硬度值为264。2.3.1.4试验方法(1)术语符号及相关说明1.硬度 材料抵抗永久压痕变形的能力。2.布氏硬度 将一定直径硬质合金球压头用一定的试验力压入试样表面，材料产生永久压痕变形的度量单位。3.布氏

7、硬度计 用于布氏硬度试验的试验机。4.压头 在布氏硬度试验过程中，用以施加试验力的一定直径硬质合金球压头。5.压痕 在布氏硬度试验中由压头在材料表面上产生的印痕。(1)术语符号及相关说明6.直接检验 测定布氏硬度计的主要部件或参数（所加力的最大误差、测量的压痕直径、压头的几何尺寸、试验循环等参数）是否在规定允差之内的操作过程。7.间接检验 使用标准块进行测量以测定布氏硬度计性能的操作过程。8.标准块 用于布氏硬度计间接检验，带有检定合格的压痕值，块状的标准物质。(1)术语符号及相关说明9.试验力 在试验或标定过程中施加的规定力值。10.试验力施加时间 对材料施加试验力开始直到达到规定试验力的时

8、间段。11.试验力保持时间 在布氏硬度试验过程中，保持试验力恒定的时间段，该时间从施加到规定试验力时起至该力卸除开始时止。12.试验循环 在布氏硬度试验过程中，施加和卸除试验力的速率以及试验力的保持时间。布氏硬度所用符号及名称 n符号 单位 名称nF N 试验力nD mm 球直径nD mm 压痕平均直径nd1，d2 mm 在两相互垂直方向测量的压痕直径 nh mm 压痕深度nHBW 布氏硬度=常数试验力/压痕表面积 =0.102F/dh n0.102F/D2 试验力-球直径平方的比率(2)适用范围：n布氏硬度适用于退火、正火状态的钢铁件、铸铁、有色金属及其合金，特别对较软金属，如铝合金等更为适

9、宜。n布氏硬度试验时一般采用较大直径球体压头，所得压痕面积较大，因而测得的硬度值能反映金属在较大范围内各组成相的平均性能，而不受个别组成相及微小不均匀性的影响。压痕较大的另一优点是所测试验数据稳定，重复性强。n布氏硬度的缺点是对不同的材料需要更换压头和改变试验力，压痕直径的测量也较麻烦，效率不高。同时，由于压痕较大，对成品件不宜采用。(3).试验设备要求图4 布氏硬度计试验力的误差n测量的各级试验力的误差均应在规定的试验力标称值的土1%以内n变动度不大于1 不同球直径的允差 单位为毫米 球 直 径 允差10 0.0055 0.0042.5 0.0031 0.003 硬质合金球的特性应满足下列要

10、求:维氏硬度不应低于1500HV10密 度 :=(14.8士0.2)g /cm3。压痕测量装置的校准 n压痕测量装置的标尺分度应能估测到压痕直径的0.5%以内。n将测量装置各工作范围至少分成五个间隔，在分级测微尺上测量进行检验，其最大允许误差为0.5%。n 测量投影区域时，其最大允许误差应为1%。间接检验n间接检验应在(23士5)温度范围内使用按GB/T 231. 3标定的标准块进行。如果在该温度范围以外进行检验，应在检验报告中注明。n标准块的试验面和支承面与压头表面不应有任何腐蚀性污物。n硬度计应针对各级试验力和所使用的每种规格的球进行检验。对每一试验力，应从下列硬度范围中至少选取两块标准块

11、:n 200 HBW;n300HBW400;n500HBW,硬度计的示值重复性和示值误差 n标准块硬度 示值重复性的 示值误差的 n HBW 最大允许值mm 最大允许值 %n 125 0.030d 3n125HBW225 0.025d 2.5n225 0.020d 2 (4)试样的准备 n试样的表面应平坦和光滑，并且不应有氧化皮及外界污物，尤其不应有油脂。试验表面应能保证压痕直径精确地测量，试验表面粗糙度Ra一般应不大于1.6m。n制备试样时，应使过热或冷加工等因素对表面性能的影响减至最小。n试样厚度至少应为压痕深度的8倍。试样最小厚度与压痕平均直径的关系见GB/T231.1-2009附录B。

12、n试验后，试样背面如出现可见变形痕迹，则表明试样厚度太薄。试样举例n例：有一钛合金板，试样厚度4mm，压头直径为10mm；在29420N试验力作用下；测得压痕直径d3.30mm，试确定试样厚度是否满足试验要求。解：由公式()可求得压痕深度h：h= = =0.25mm由试样厚度H8h，则试样的最小厚度H80.25mm2mm因4mm2mm，所以试样厚度满足要求。222DDd2210103.32(5) 试验条件 n试验应在1035室温下进行。对温度有较高要求的试验，室温应控制在235。球压头与试验力的组合1 符号 压头D F/D2 试验力F /mm /NHBW10/3000 10 30 29420H

13、BW10/1500 10 15 14710HBW10/1000 10 10 9807HBW10/500 10 5 4903HBW10/250 10 2.5 2452HBW10/100 10 1 980.7球压头与试验力的组合2符号 压头D F/D2 试验力F /mm /NHBW5/750 5 30 7355HBW5/250 5 10 2452HBW5/125 5 5 1226HBW5/62.5 5 2.5 612.9HBW5/25 5 1 245.2球压头与试验力的组合3符号 压头D F/D2 试验力F /mm /NHBW2.5/187.5 2.5 30 1839HBW2.5/62.5 2.5

14、 10 612.9HBW2.5/31.25 2.5 5 306.5HBW2.5/15.625 2.5 2.5 153.2HBW5/6.25 2.5 1 61.29球压头与试验力的组合4符号 压头D F/D2 试验力F /mm /NHBW1/30 1 30 294.2HBW1/10 1 10 98.07HBW1/5 1 5 49.03HBW1/2.5 1 2.5 24.52 HBW1/1 1 1 9.807（6）试验程序制作和测量压痕步骤和相关要求 1)试样的支承试样应稳固地放置于刚性支撑物上。加力时试验力作用方向应与试验面垂直。2)压头的类型选择布氏硬度试验应按规定使用硬质合金球压头。3)压头

15、直径的确定 试验时，首先根据试样厚度和尺寸来确定球体压头直径。当试验条件和试样厚度允许时，应尽量选用直径10mm压头，以便能够较真实反映金属平均硬度和便于准确测量较大压痕。制作和测量压痕步骤和相关要求 4）在试验过程中，若使用的压头直径不能满足试样厚度时，应选择下一档直径的球体压头。如原直径10mm的改作直径5mm。为满足压痕直径几何形状相似，当改变压头直径时，应保持原F/D2这一常数不变。只有在F/D2不变的条件下且采用较小直径的压头测得的较浅压痕深度使得试样厚度能满足试验要求时，才可与同一材料采用其他压头直径试验结果进行比较，这就是相似原理的实际应用。5)试验力的选择 当压头直径根据试样尺

16、寸确定后，试验力可根据F/D2值来确定。F/D2值根据试验材料的种类及硬度范围按表3.10的规定来选择，一般较硬的材料应选择较大的F/D2值。（6）试验程序硬度符号压头直径Dmm力-直径比0.102F/D2 N / mm2试验力名义值F / NHBW10/3000103029420HBW10BW10/1000109807HBW10/50054903HBW10/2502.52452HBW10/1001980.7HBW5/7505307355HBW5/250102452HBW5/12551226HBW5/62.52.5612.9HBW5/251245.2HBW2.5/18

17、7.52.5301839HBW2.5/62.510612.9HBW2.5/31.255306.5HBW2.5/15.6252.5153.2HBW2.5/6.25161.29HBW1/30130294.2HBW1/101098.07HBW1/5549.03HBW1/2.52.524.52HBW1/119.807试验力的选择布氏硬度试验的F/D2值的选择n如对一铜合金材料进行硬度试验，采用10mm直径压头，以F/D2为30选择试验力为29420N（3000kgf）。但当试验结果硬度值低于140HBW时，应保持压头直径不变，以F/D2为10选择试验力为9807N(1000kgf)，从而保证硬度较低的

18、材料其压痕直径也在所规定范围内。材料布氏硬度HBW力-直径比0.102F/D2N / mm2钢、镍基合金、钛合金30铸铁a1401014030铜及铜合金355352001020030轻金属及其合金352.5358051015801015铅、锡1a对于铸铁试验，压头的名义直径应为2.5mm、5mm、10mm。布氏硬度试验的F/D2值的选择n6)试验力保持时间 从加力开始至全部试验力施加完毕的时间应在2s8s之间。试验力保持时间是指从试样承受全部试验力瞬间至开始卸除试验力所经历的时间。大量试验数据表明，试验力保持时间的长短对布氏硬度值有一定影响，随着试验力保持时间的延长，硬度值逐渐降低，经过一段时间后趋于稳定。为了保证布氏硬度试验结果的准确性，须将试验力保持时间作为试验参数加以规定。（6）试验程序（6）试验程序n6)试验力保持时间n试验力保持时间主要根据所测材料及硬度来选定，对于钢及铸铁为10s15s对于较软的有色金属为30s2s；对于布氏