2.布洛维硬度实验讲义.docVIP

专业实验（1） 十：布洛维硬度试验讲义 一、实验目的 掌握布洛维硬度的基本原理；熟悉布洛维硬度测量的基本方法和步骤；了解各种硬度试验方法的特点、应用范围及选用原则；熟悉硬度计的使用。 二、预习要求 实验前预习实验原理，撰写预习报告。 三、仪器设备 布洛维光学硬度计 四、布洛维硬度实验原理 （一）金属布氏硬度实验原理 布氏硬度试验的原理是用一定直径D（单位为mm）的硬质合金球，施以相应的试验力F（单位为kgf或N）压入试样表面（图1a ），经规定保持时间t（单位为s）后卸除试验力，试样表面将残留压痕（图1b）。测量压痕平均直径d（单位为mm），求得压痕球形表面积S（mm2）。布氏硬度值（HB）就是试验力F除以压痕球形表面积S所得的商。其计算公式如下： 当试验力F的单位为kgf时 （1） 当试验力F的单位为N时 （2） 通常布氏硬度值不标出单位。 图1 布氏硬度试验原理图 a)钢球压入试样表面 b）试样表面残留压痕 布氏硬度的符号用HBW表示。符号HBW之前书写硬度值，符号后面按下列顺序用数值表示试验条件：球体直径（mm）／试验力（以Kgf 表示）／试验力保持时间（10～15s不标注）。例如，350HBw10／1000／30表示用直径为10mm的硬质合金球在1000Kgf （9．807kN）试验力作用下，保持30s测得 布氏硬度为350。又如，600HBW1/30即表示用直径为1mm的硬质合金球在了30kgf以（294.2N）试验力作用下，保持10～15s测得的布氏硬度值为600。 图2 压痕相似原理 对于材料相同而厚薄不同的工件，为了测得相同的布氏硬度值，在选配压头直径D及试验力F时，应保证得到几何相似的压痕（即压痕的压入角φ保持不变），如图2所示。为此，应使： 附表1为不同条件下的实验力。 实验力及球体直径的选择 实验力的选择应保证压痕直径d在0.24～0.6D之间。实验力－压头直径平方的比率（0.102F/ D2）应根据材料和硬度值选择，见附表2。 球体直径D规定有四种：10、5、2.5和1mm。主要根据试样厚度来选择。为了反映试样尽量大面积上的硬度值，应在试样厚度允许的前提下，尽量选择大直径球体压头进行实验。试样厚度至少为压痕深度的8倍。附表3列出压头直径（D）、压痕平均直径（d）与试样最小厚度（mm）的关系，可用于根据试样厚度选择压头直径，也可用于确定试样最小厚度。 F/D2比值规定有六种：30、15、10、5、2.5和1。主要根据试样的材料及其硬度范围，按照表1－2来选择。 当球体直径D及F/D2比值确定后）试验力F也就随之被确定了。 试验力保持时间t的选择 试验力保持时间因试样材料的硬度而不同。对于黑色金属为10～15s； 对于有色金属为30±2s；对于35HBS的材料为60±2s。 实验一般在10-35℃室温进行。 实验期间，硬度计不应受到影响实验结果的冲击和震动。 试样应放置在刚性支撑物上，试样背面和支撑物之间应保持清洁。 任一压痕中心距试样边缘的距离至少为压痕平均直径的2.5倍。两相邻压痕中心间距离至少为压痕直径的3倍。 应在两相互垂直的方向测量压痕直径，用两读数的平均值计算硬度值。 （二）金属维氏硬度实验原理 维氏硬度的试验原理与布氏硬度类似，也是根据压痕单位面积所承受的试验力来计算硬度值。所不同的是维氏硬度试验的压头不是球体而是两对面夹角α为136°的金刚石四棱锥体。其试验原理如图3所示。压头在试验力F（单位为kgf或N）作用下，将试样表面压出一个四方锥形的压痕，经规定保持时间后，卸除试验力，测量出压痕对角线平均长度d〔d＝（d1＋d2）/2〕，用以计算压痕的表面积。维氏硬度值（HV）就是试验力F除以压痕表面积S所得的商值。计算公式如下： 当试验力下的单位为kgf时 （3） 当试验力下的单位为N时 （4） 图3 维氏硬度试验原理图 与布氏硬度值一样，维氏硬度值也不标注单位。维氏硬度值的表示方法是：在HV前书写硬度值，HV后面按顺序用数字表示试验条件（试验力/试验力保持时间）（保持时间为10～15s者不标注）。例如，640Hv30表示用30kgf（294.2N）试验力保持10-15s测得的维氏硬度值为640,640Hv30/20表示用30kgf（294.2N）试验力保持20s测得的维氏硬度值为640。 维氏硬度试验的试验力为5（49.03）、10（98.07）、20（196.1）、30（294.2）、50（490.3）和100（980.7）kgf（N）六个档次。特殊情况下也可使用大于100kgf的载荷。实验力可根据试样材料的硬度及厚度来选择。试样和试样厚度至少应为压痕对角线长度的1.5倍（见附表4）。 实验一般在10-35℃室温进行。