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各种硬度计的结构和测量方法
第十四章   各种硬度计的原理、构造及应用
与材料的关系
 
硬度反映了材料弹塑性变形特性，是一项重要的力学性能指标。与其他力学性能的测试方法相比，硬度试验具有下列优点：试样制备简单，可在各种不同  ③-载物台  ④--升降丝杠手轮
⑤--加载手轮 ⑥--卸载手轮
 
 布氏硬度测试法
一、布氏硬度的测量原理
选择一事实上的载荷P，把直径为D的淬火钢球压入试件表面并保持一定时间，然后卸去载荷，测量钢球在试样表面压出的压痕直径d，计
算出压痕面积，算出载荷P与压痕面积的比值，这个比值所表示的硬度就是布氏硬度，用符号HB表示。布氏硬度的测量原理如图11-4所示。设压痕的深度为h，则压痕的球冠面积为：
 
图14-4 布氏硬度计试验原理示意图
 
               
                           (14-4)
式中：P——测试用的载荷(kg)；
      D——压头钢球的直径(mm)；
      d——压痕直径(mm)；
      F——压痕面积(mm2)。
布氏硬度的单位为kg/mm2，这是目前各国文献中常用的单位，通常只给出数值而不写单位，
如HB200，若要换算成国际单位MPa，。
，Φ5mm，Φ10mm三种，、、、250kg、750kg、1000kg、3000kg七种。可根据材料的软硬不同选择配合使用。为了在不同直径的压头和不同载荷下进行测试时，同一种材料的布氏硬度值相同。压头的直径与载荷之间要满足相似原理。相似原理是指在均质材料中，只要压入角φ(即从压头圆心压痕两端的连线之间的夹角)不变，则不论压痕大小，金属的平均抗力相等。如图14-5所示。德国的迈耶尔(Mayer)通过试验得出重要经验关系。当d/D>，压痕直径d与载荷的关系为：
                                                    (14-5)
这个公式称为迈耶尔定律。戒a和n均为常数。他还得出如下的结论：当使用的压头直径不同时，指数n几乎与D无关，而常数a则随D值的增大而减小，且：
 
图14-5 不同直经的钢球压头产生在几何上相似的压头
 
                                     (14-6)
对每种材料，A为常数，并与D无关。由上式得：
代入(14-5)，得
                                                      (14-7)
                                          (14-8)
此式说明，在进行布氏硬度测试时，只要使P/D2为一常数，就可以使压入角φ保持不变，从而保持了几何形状相似的压痕。
所以在布氏硬度测量中只要满足P/D2为常数，则同一材料测得的布氏硬度值是相同的。不同材料测得的布氏硬度值也可以进行比较。P/D2的数值不是随便规定的，各种材料软硬相差很大。如果只规定一个P/D2的值，对于较硬的材料，压入角会太小；对于较软的材料，压入角又会很大。若压入角太小，压痕就小，测量误差就会很大。当入压角较大但小于
90°时，压痕直径随压入深度增加有较大变化，有利于测量。但当压入角大小90°时，随压入深度的增加，压痕变化较小。为了提高测量精度，<d/D<，与此对应的压入角29°<φ<60°，这样就需不同的材料使用不同的P/D2值。国家标准规定P/D2的比值为30、10、25三种。在测量中对较软的材料因塑性变形较大，施加载荷应小一些。
布氏硬度仪的试验规范列表表14-2中。
二、布氏硬度的测试步骤
布氏硬度计使用的步骤如下：
1．根据试件材料选择合适的压头和载荷。
2．加预载。
3．加主载并保持一定的时间。
4．卸载。
5．将试样取下，用带刻度的低倍放大镜测压痕直径d。
6．查《压痕直径与布氏硬度对照表》得到布氏硬度值。
表14-2      布氏硬度试验规范
金属类型
布氏硬度范围
试件厚度
载荷P与压头
钢球直径
载荷P,kg
载荷保持
HB
mm
直径D的关系
D,mm
时间，s
黑色金属
140~150
6~3
4~3
<2
P=30D2
10


3000
750

10
<140
>6
6~3
<3
P=10D2
10


1000
250