利用電子試驗機進行硬度試驗淺析

摘 要］ 根據布氏硬度試驗原理編制程序在電子試驗機上進行硬度試驗，經過反復試驗論證，此方法是可行的，操作簡單，數據，且具有諸多優點，解決了許多實際問題，開發了該類試驗機新功能。
［關鍵詞］ 布氏硬度 球壓痕硬度

1 概述
硬度法是材料機械性能試驗中zui簡單迅速的方法，布氏硬度是靜力壓入法硬度之一，試驗時用一定直徑的硬質合金球壓頭，以相應的試驗力壓入試樣表面，經規定保持時間后，卸除試驗力，把壓痕表面積上的平均應力定義為布氏硬度值。它是1900年瑞典工程師布利奈爾在向工藝師協會所做報告中*次提出，此法測量精度高，結果重復性好，且不用破壞試件，應用十分廣泛。經過一個世紀，其試驗方法不斷完善，設備不斷改進，但目前一臺硬度計仍不能兼顧GB/T231中所要求全部硬度符號試驗；本文我們利用新三思公司生產的電子試驗機依據布氏硬度試驗原理編制組合波形（典型波形見圖1），模擬材料實際使用、受力和環境狀況，進行系列布氏硬度試驗，取得滿意結果，實踐證明運用該類試驗機進行硬度試驗具有諸多優點。

此主題相關圖片如下：001.jpg

圖1 布氏硬度試驗原理波形
diagram 1 the wave form of Brinell hardness principle

2 試驗內容

2.1進行一系列布氏硬度符號試驗
電子試驗機試驗力誤差通常在?.5%范圍內，且保載效果好，可根據試驗需求編制程序，通過更換壓頭，調整載荷及加載保載時間進行GB/T231中所要求全部硬度符號試驗，實現加荷—保載—卸載自動化，試驗同時可繪制載荷—壓痕深度曲線，不同材料、不同硬度其曲線特征不同。
我們對五塊二等標準布氏硬度塊進行試驗，試驗程序為：
加預負荷—加試驗力（10秒）—保持試驗力（10秒）—卸除試驗力，試驗結果見表1。

此主題相關圖片如下：002.jpg


表1 布氏硬度試驗結果
chart 1 The result of Brinell hardness

從上表可知利用電子試驗機進行布氏硬度試驗，其示值誤差和示值重復性均滿足
GB/T231.2-2002中硬度計的間接檢驗要求，試驗結果精度高，優于一般硬度計。其中標準塊211HBW5/750試驗載荷—壓痕深度曲線見圖2。

此主題相關圖片如下：003.jpg

圖2 布氏硬度載荷—壓痕深度曲線
diagram 2 the wave form of Brinell hardness load-trace depth

2.2 大空間可進行大構件、零部件試驗
硬度和其他機械性能一樣，也決定于金屬材料的成分、結構與組織，可根據材料硬度值推測其抗拉強度、抗磨性和耐疲勞性等參數。在航天航空領域及對于大設備零部件，往往要求對運行中的零件的有關性能指標在不破壞情況下進行周期性監測，若用便攜式及錘擊式布氏硬度計或里氏硬度計測試，存在誤差大，或需要換算、不直觀等缺點，在這種情況下，利用電子試驗機，尤其對于大構件、零部件成品及半成品，可在不破壞產品條件下進行布氏硬度試驗，打破一般硬度機試驗空間較小限制，獲得材料有關性能信息。我們先后利用電子試驗機成功進行幾批大構件布氏硬度試驗，解決了許多實際問題。

2.3 進行高低溫環境布氏硬度試驗
要了解材料在高低溫狀態下的機械性能，進行高低溫布氏硬度試驗是比較簡便的方法；目前布氏硬度試驗絕大多數在室溫環境下進行，在高低溫環境下進行的很少，主要原因是一般硬度計結構不滿足要求且很難提供高低溫環境，而利用電子試驗機則不然，它可根據需要加工夾具聯接不同材質壓頭及工作臺，方便提供高低溫環境，在保護性氣氛中，模擬材料實際狀態進行布氏硬度試驗，滿足不同層次客戶需求。

2.4 實現自動化測試及塑料類材料球壓痕硬度試驗
布氏硬度試驗通過測量壓痕直徑查表求得硬度值，壓痕直徑測量較麻煩，且存在人為差異，可通過在電子試驗機上加裝千分表式測量裝置，測量壓痕深度差，通過簡單轉換求得布氏硬度，進而實現布氏硬度試驗自動化；對于塑料類材料進行球壓痕硬度試驗時，考慮塑料本身特性，標準要求必須在負荷作用時用單位面積上受的力表示硬度，利用此設備可順利實現在機球壓痕硬度試驗。

3 結論
（1）利用電子試驗機進行布氏硬度試驗，操作簡單，數據，且具有諸多優點，解決了許多實際問題。
（2）不同材料、不同硬度載荷—壓痕深度曲線各有特點，此曲線與其它材料參數間是否存在對應關系、關系如何有待進一步研究。

參考文獻
[1] GB/T231.1-2002《金屬布氏硬度試驗 *部分：試驗方法》
[2] 《金屬硬度試驗方法國家標準實施指南》 李久林編著 中國標準出版社