影响布氏硬度试验精确度的因素

影响布氏硬度试验精确度的因素

作者：刘红

来源：《学园》2013年第27期

【摘要】在实际生产中，常常要测试工业金属材料的硬度值，用布氏的硬度试验计测试硬度值是最常用的一种测试方法。布氏硬度试验作为大专院校机械类专业必不可少的一门实验课程，要使测试的硬度值精准可靠，除了严格按照规定的操作规程外，还要注意一些影响测试标准的因素。

【关键词】测试硬度布氏硬度计影响因素测试力

【中图分类号】TG115.51 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2013）27-0073-01

硬度的概念源于日常生活及实际生产，未成熟的水果（如香蕉）一般比较硬，成熟后的水果比较软，木材比较软，钢铁比较硬，而金刚石几乎比所有材料都硬。可见软或硬的概念存在于不同领域，它不仅因物体的不同而不同，而且软或硬是相对的。既然物体存在软硬不同的程度，要定量地表达这种程度，就引出了硬度这个概念，因此硬度值是表示材料软硬程度的量，也是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是一项综合力学性能指标。

布氏硬度计是一种用于测试金属材料硬度的计量设备，它结构简单、操作方便、数据稳定、准确率高，因而在科研及生产中被广泛应用。布氏硬度计是由机架、试验力产生和加卸机构、试验力变换机构和试样支撑机构等组成的，并带有压痕直径检测装置和钢球压头与其配套。它的工作原理是把一定直径的钢球，在一定试验力的作用下，以一定的速度压入试样表面，经规定的试验力保持一定的时间后卸除试验力，以试样压痕球形表面积上的平均压力来表示金属的布氏硬度值。所以影响压痕产生及测试的因素，均可造成测试误差，影响布氏硬度值。如果检验硬度失准，可能会给产品质量造成很大的影响，甚至产生严重不良后果。众所周知，用布氏硬度计测量布氏硬度时，硬度计的压头是钢球压头，在一定的压力下压入被测表面而得到一个圆形压痕，再用读数显微镜测量圆形压痕的直径，然后根据这个直径在布氏硬度表中查找相应的硬度值，即被测试样的硬度值。本文根据布氏硬度试验的原理和试验步骤，结合笔者的经验，就布氏硬度计在测试过程中，容易被忽略又比较常见的导致误差的因素进行分析，提出相应的预防措施，以供相关工作人员参考，并希望引起大家的重视。

一压头对测试值的影响

压头钢球直径要按照规定进行选用，在不同钢球直径条件下所得到的布氏硬度值，相互之间是有差异的，不能进行精确的比较。此外，布氏硬度值还与钢球硬度和钢球表面粗糙度等有关。所以，我们必须定期检查压头钢球的状态是否符合标准。钢球直径在不同方向上的允差：钢球直径为2.5和5毫米的允许偏差不应超过±0.005毫米，钢球直径为10毫米的允许偏差不应超过±0.01毫米。

二试验力对测试值的影响

布氏硬度计试验力是由砝码及吊挂等受重力作用，并通过杠杆作用放大而产生的，试验力有出现偏差的可能，很大程度上取决于杠杆比以及活动部分的摩擦力。试验力除了大小之外，布氏硬度计检测值还与试验力施加方向、试验力保持时间、试验力加速度等有关，所以我们在检测时以上环节都不能忽视。

三试样表面粗糙度和清洁度对测试值的影响

在测量试样硬度时，须注意被测试样表面粗糙度是否符合硬度计的检测条件。试样表面要求光滑平坦，不应有氧化层、脱碳层、渗碳层、电镀层及其他污物，尤其不允许有油污，被测试样表面的粗糙度直接影响硬度测量值的准确性，当被测表面粗糙度值大于Ra=0.8μm时，随着粗糙度值的增大，其塑性变形越大，圆形压痕就越大，相应的硬度值也就越小。若试样的被测表面粗糙度值大于Ra=0.8μm，可以通过机械方法（上磨床）或手工方法，对被测表面进行研磨修整，使试样的被测表面粗糙度达到标准。这样我们才能获得准确的测量值。

四温度对测试值的影响

标准规定布氏硬度试验应在20℃左右的环境温度下进行，因为温度的变化会引起材料组织结构的变化，而布氏硬度的测试受材料的组织结构影响很大。对同一个试样，温度越高布氏硬度值就越低，反之，布氏硬度值就越高。所以，测量人员在进行测试前需测量环境温度，特别是有色金属应严格保持在标准温度下进行。若因为客观原因环境温度达不到标准，就必须对所测量的硬度值进行温度修正，以降低误差。

五压痕直径的计量误差对测试值的影响

每次试验前首先要检查钢球在压头内的位置是否正确、是否松动，如果松动会影响测试的准确性。压痕直径测量的准确性直接影响硬度的测量结果，压痕直径的测量除了与读数显微镜的精度有关外，还因为读数显微镜是用肉眼进行观察，可能会产生人为的误差，并且由于压痕边缘的凸起、凹陷或圆滑过渡都会使压痕直径的测量产生较大误差，因此要求操作者具有熟练的试验技术和丰富经验，检测中应用心、细致，尽量减少人为误差。

金属材料硬度值的检测被广泛应用于工程设计和冶金产品质量控制中，所以要确保检测的准确性显得尤为重要。硬度计应由专业人员使用、维护、保管。使用人要熟知布氏硬度计的工作原理，严格执行相关的标准和操作规程，每次使用完毕要进行维护保养，使设备始终保持良好的状态。只要在操作中积累和总结经验，将误差降至最低而获得真实、准确、可靠的检测数据是切实可行的。

参考文献

[1]潘伟.布氏硬度试验中的误差分析及解决[J].中国建筑金属结构（下半月），2013（1）

[2]赵铁.布氏硬度试验法[J].品牌与标准化，2011（16）

〔责任编辑：庞远燕〕