布氏硬度介绍及其操作说明

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2Hale Waihona Puke Baidu
试验力 N(kg) 29420(3000) 14710(1500) 9807(1000) 4903(500) 2452(250) 980.7(100) 7355(750) 2452(250) 1226(125) 612.9(62.5) 1839(187.5) 612.9(62.5)
试件的最小厚度应大于压痕深度的 10 倍。测试后,试件背面不得有可见的 变形痕迹,反之视为无效,应重新选择球直径或试验力。
2 2
表 3 布氏硬度试验标尺、压头、试验力的对应关系 硬度符号 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 2.5/187.5 HBW 2.5/62.5 压头球直径(mm) 10 10 10 10 10 10 5 5 5 5 2.5 2.5 F/D 30 15 10 5 2.5 1 30 10 5 2.5 30 10
同材料) ,必须保证二者压痕的几何形状相似,也即保证压入角 φ 相等。由于 d D sin 带入式(2a)得

2

HB
P D2
2 2 1 1 sin 2
(3)
此式说明,若压入角 φ 不变,为了使同一材料在两种 P-D 组合下测得的硬度也不变, 则要求 P/D2 也应保持为常数,即
P1 P 22 常数 2 D1 D2
(4)
此即相似性条件。 大量试验表明,上述相似性原理只有在压痕满足 0.24D≤d≤0.6D 的条件下才成立,为 此,国家标准规定了三种 P/D2 的值:30、10、2.5,可根据材料及工件厚度选取,如表 1 所 示。
表 1 布氏硬度试验规范 金属 类型 布氏硬度值 (HB) 140~150 试样厚度 /mm 6~3 黑 色 金 属 <140 4~2 <2 >6 6~3 <3 6~3 >130 有 色 金 属 8~35 36~130 4~2 <2 9~3 6~3 <3 >6 6~3 <3 钢球直径 D /mm 10 5 2.5 10 5 2.5 10 5 2.5 10 5 2.5 10 5 2.5 载荷 P /kgf 3000 750 187.5 1000 250 62.5 3000 750 187.5 1000 250 62.5 250 62.5 15.6 P=2.5D2 60 P=10D2 30 P=30D2 30 P=10D2 10 P=30D2 10 P~D 关系 载荷保持时间 /s
8~650 HBW 15 倍 0.00125mm
1
2
3 4
1.上盖板 2.紧 定 螺 钉 3.开 关 4. 数 显 测 微 目 镜 插 口 5. 交 流 电 输 入 插 口 6.旋 轮 7. 数 显 测 微 目 镜
7
5 6
操作面板功能介绍(图 4)
500kg f
D1: D2:
2.500 2.500 0.0 kg
注意:当使用第 1 组试验力试验时,因您用力过大,使自动加荷值〉40kg 时,仪 器不工作,请您卸除所有试验力,重复上述方法继续操作。数值接近自动 加试验力值时应缓慢转动旋轮。
数显式测量显微镜的使用
1 将打好布氏硬度压痕的硬度块或试件放在平稳的台面上,把测量显微镜置于硬 度块或试件上,调节光源亮度“LIGHT+”或“LIGHT-” 。旋转显微镜上的眼罩, 使压痕边缘清晰。 2 转动测量显微镜两侧毂轮,观察两条刻线相互靠近,当两条刻线内则边缘非常 接近时,处于无透光间隙的临界状态,按下“CLR-D”键置零。
3 转动测量显微镜毂轮,将左边的刻线内侧与压痕左边的边缘相切,再使右边刻
(a)压头压入试样表面
(b)卸载后测量压痕直径
图 2 压痕几何相似原理示意图
图 1 布氏硬度试验原理图
材料有硬有软,工件有厚有薄,如果只选用一种载荷 P 和压头直径 D 的组合条件进行 试验,则可能发生下列情况:硬的材料表面只留下一很小的浅坑;软的材料压头将深深埋入 材料内部;或者薄的工件被“压透” 。后两种情况将得不到准确的硬度值。因此,布氏硬度 试验要求根据具体情况来选择不同的载荷 P 和压头直径 D 的组合。但是,为了能统一比较, 载荷 P 和压头直径 D 的组合不能任意选择,应满足“压痕几何相似原理” 。图 2 表示了同一 种材料制成的工件在两组不同 P -D 的组合下的压痕几何,要想两者的硬度值相同(因为相
HB: T: 10
601.5 N: 01
3000/10
LOADING
TIME
TIME
CLR-D
DWELL
LIGHT
LIGHT
CLR-F
FORCE
FORCE
试验状态
图4 1 输出显示用 LCD 液晶显示器和发光二级管。显示屏显示 D1、D2 输入值,HB 硬 度值、实际试验力(瞬时)、试验力/球压头、保荷时间、硬度测试次数、加卸荷 状态。 2 试验力显示:在加荷试验时,显示出实际试验力(瞬时值 kg),如 3000kg。 3 保荷时间,当加荷结束时,保荷时间呈倒计时,保荷时间范围从 05~60 秒,共 12 档,一般设在 15 秒。 4 试验状态显示,试验时分为三个阶段,加荷阶段 LOADING 灯亮,保荷阶段 DWELL 灯亮,卸荷阶段 UNLOADING 灯亮。 5 输入功能键, 面板上共设 9 个键。 两个为保荷时间増减键, 两个为力值増减键, 两个为光源増减键.每按一下,应发出“嘟”声,当发出“嘟叻叻…”较长声, 表示该值已达到最大值或最小值;一个停止键,两个清零键(CLR-F、 CLR-D)。 使保荷时间增加。每按一下 TIME+ 键,则会发出“嘟”的一声,表 示保荷时间增加 5 秒。 使保荷时间减少。每按一下 TIME- 键,则会发出“嘟”的一声,表 示保荷时间减少 5 秒。
LIGHT-
FORCE+
FORCE-
CLR-D
CLR-F
置零键——当负荷全部卸除后(工件与压头脱开) ,试验力显示还有 余数,按该键置零。 停止键——硬度计在试验时需要停止请按此键。按此键后,仪器停 止加荷恢复到起始位置。
STOP
硬度计的使用步骤: 1 将试样稳固地放置于试台上,保证在试验过程中不发生位移和绕曲。 2 打开电源开关,杠杆自动调整进入起始位置,面板显示 D1:、D2:,HB:。如显 示试验力剩余值, 按 CLR-F 键清除。 开机时试验力设定在 3000kg, 压头直经 10mm, 时间设定在 15 秒。本仪器的试验力有 2 组共十二级; 第 1 组:62.5kg~250kg,手动加力>30kg,即自动加荷。 第 2 组:500kg~3000kg,手动加力>90kg,即自动加荷。 3 仪器试验前的准备工作就绪后,转动手轮,当试件接触压头的同时试验力也开 始显示,试验力接近自动加荷值时,必须缓慢上升,仪器发出“嘟”响声,应停 止转动手轮,加荷指示灯 LOADING 亮,试验力自动加载,运行到达所选定的试 验力时,保荷开始,保荷指示灯 DWELL 亮,加荷指示灯暗,并进入倒计时,待 保荷时间结束,保荷指示灯暗,自动进行卸荷,同时卸荷指示灯 UNLOADING 亮, 卸荷结束后指示灯暗时, 反向转动旋轮使工件与压头脱开, 杠杆回复到起始位置。 一次测试结束。

2P

(2a)
HB
D D 2 D 2 d 2
(2b)
式中,只有 d 是变数,试验时只要测量出压痕直径 d(mm) ,可通过计算或查布氏硬度表得 到 HB 值。 根据待测材料不同,压头可选用淬火钢球和硬质合金球两大类,硬度符号分别以 HBS 和 HBW 区别表示。前者适用于硬度值在 450 以下的材料;后者适用于硬度值为 450~650 的材料。 布氏硬度 HBW 表达方法: 硬度值/ HBW 压头直径、试验力的 kgf 值/保载时间
表 4 试件最小厚度与硬度间关系
试件最小厚度 压痕平均直径 d D=1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.2 5.4 5.6 5.8 6 0.08 0.18 0.33 0.54 0.8 0.29 0.4 0.53 0.67 0.83 1.02 1.23 1.46 1.72 2 0.58 0.69 0.8 0.92 1.05 1.19 1.34 1.5 1.67 2.04 2.46 2.92 3.43 4 1.17 1.38 1.6 1.84 2.1 2.38 2.68 3 3.34 3.7 4.08 4.48 4.91 5.36 5.83 6.33 6.86 7.42 8 D=2.5 球直径 D=5 D=10
硬度计的正确使用 为了确保布氏硬度测试的正确,应满足表 2 要求。 表 2 布氏硬度试验材料与 F/D 的选择 材料 钢及铸铁 布氏硬度 <140 ≥140 <35 铜和铜合金 35~130 >130 <35 轻金属及其合金 35~80 >80 F—试验力(kg) D—球直经(mm) F/D 10 30 5 10 30 2.5 5,10 10
试验力的保持时间:黑色金属 10~15 秒;有色金属 30 秒,硬度值小于 35HBW 时为 60 秒。 压痕中心距试样边缘距离不应小于压痕直径的 2.5 倍,两相邻压痕中心距不 应小于压痕平均直径的 3 倍。硬度小于 35HB 时,上述距离应分别为压痕平均直 径的 3 倍和 6 倍。如果不按这一标准试验,压痕会出现不对称现象,硬度值会出 现偏高或偏低,得不到正确的测试数据。 应在两相互垂直的方向上测量压痕直径,并取其算术平均值,压痕两直径之 差不应超过较小直径的 2%。 试样应制成光滑平面,其表面粗糙度不应低于 1.6,若球直径为φ2.5mm,试 样的粗糙度应在 0.8 以下,以使压痕边缘清晰,保证测量结果的准确性。试样表 面应无氧化皮,电镀层以及表面受热或其它污物。 MHB-3000 型数显布氏硬度计使用说明书 生产单位: 上海尚材试验机有限公司 硬度计的技术参数 试 验 力 : 612.9N(62.5kg) 、 980.7N(100kg) 、 1226N(125kg) 、 1839N(187.5kg) 2452N(250kg)、 4903N(500kg)、 7355N(750kg)、 9807N(1000kg)、 14710N(1500kg)、 29420N(3000kg) 压头规格:φ2.5mm 球压头;φ5mm 球压头; φ10mm 球压头 硬度测试范围: 读数显微镜放大倍率: 测微毂轮最小分度值: 硬度计示意图(图 3)
TIME+
TIME-
LIGHT+
使光源亮度增强。每按一下 LIGHT+ 键,则会发出“嘟”的一声, 表示亮度正在增强 使光源亮度减弱。每按一下 LIGHT- 键,则会发出“嘟”的一声, 表示亮度正在减弱 选择试验力(kg)/球压头(mm)键,每按一下,FOGCE+试验力增大,范 围见表 2。注意:要更换相应的球压头。 选择试验力(kg)/球压头(mm) 键,每按一下 FORCE-试验力减小(同 上) 。 置零键——数显式测量显微镜置零。
HB
P P A Dh
(1)
在实际试验时,由于测量压痕直径 d 比压痕深度 h 方便,因此将(1)式中的 h 换算成 d 的表达式。根据几何关系
h
因此,当载荷单位为 kgf 时,有
D 1 D2 d 2 2 2
HB
当载荷单位为 N 时,有
D D D 2 d 2
0.102 2 P
布氏硬度
布氏硬度(Brinell hardness)试验是 1900 年由瑞典工程师 J.B.Brinell 提出的,是目前最 常用的硬度试验方法之一。布氏硬度试验原理如图 1 所示,以一定大小的载荷 P(kgf 或 N) 将直径为 D 的球形压头压入试样表面,经规定保持时间后卸除载荷,根据压痕的表面积 A ,计算单位面积上所承受的载荷来表征硬度,用符号 HB 表示,即 (mm2)
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