利用電子試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行硬度試驗(yàn)淺析

摘 要］ 根據(jù)布氏硬度試驗(yàn)原理編制程序在電子試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行硬度試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)論證，此方法是可行的，操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)，且具有諸多優(yōu)點(diǎn)，解決了許多實(shí)際問(wèn)題，開發(fā)了該類試驗(yàn)機(jī)新功能。
［關(guān)鍵詞］ 布氏硬度 球壓痕硬度

1 概述
硬度法是材料機(jī)械性能試驗(yàn)中zui簡(jiǎn)單迅速的方法，布氏硬度是靜力壓入法硬度之一，試驗(yàn)時(shí)用一定直徑的硬質(zhì)合金球壓頭，以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，把壓痕表面積上的平均應(yīng)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(xié)會(huì)所做報(bào)告中*次提出，此法測(cè)量精度高，結(jié)果重復(fù)性好，且不用破壞試件，應(yīng)用十分廣泛。經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)，其試驗(yàn)方法不斷完善，設(shè)備不斷改進(jìn)，但目前一臺(tái)硬度計(jì)仍不能兼顧GB/T231中所要求全部硬度符號(hào)試驗(yàn)；本文我們利用新三思公司生產(chǎn)的電子試驗(yàn)機(jī)依據(jù)布氏硬度試驗(yàn)原理編制組合波形（典型波形見圖1），模擬材料實(shí)際使用、受力和環(huán)境狀況，進(jìn)行系列布氏硬度試驗(yàn)，取得滿意結(jié)果，實(shí)踐證明運(yùn)用該類試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行硬度試驗(yàn)具有諸多優(yōu)點(diǎn)。

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

2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1進(jìn)行一系列布氏硬度符號(hào)試驗(yàn)
電子試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)力誤差通常在?.5%范圍內(nèi)，且保載效果好，可根據(jù)試驗(yàn)需求編制程序，通過(guò)更換壓頭，調(diào)整載荷及加載保載時(shí)間進(jìn)行GB/T231中所要求全部硬度符號(hào)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)加荷—保載—卸載自動(dòng)化，試驗(yàn)同時(shí)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(duì)五塊二等標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度塊進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)程序?yàn)椋?br />加預(yù)負(fù)荷—加試驗(yàn)力（10秒）—保持試驗(yàn)力（10秒）—卸除試驗(yàn)力，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

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表1 布氏硬度試驗(yàn)結(jié)果
chart 1 The result of Brinell hardness

從上表可知利用電子試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)，其示值誤差和示值重復(fù)性均滿足
GB/T231.2-2002中硬度計(jì)的間接檢驗(yàn)要求，試驗(yàn)結(jié)果精度高，優(yōu)于一般硬度計(jì)。其中標(biāo)準(zhǔn)塊211HBW5/750試驗(yàn)載荷—壓痕深度曲線見圖2。

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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(jìn)行大構(gòu)件、零部件試驗(yàn)
硬度和其他機(jī)械性能一樣，也決定于金屬材料的成分、結(jié)構(gòu)與組織，可根據(jù)材料硬度值推測(cè)其抗拉強(qiáng)度、抗磨性和耐疲勞性等參數(shù)。在航天航空領(lǐng)域及對(duì)于大設(shè)備零部件，往往要求對(duì)運(yùn)行中的零件的有關(guān)性能指標(biāo)在不破壞情況下進(jìn)行周期性監(jiān)測(cè)，若用便攜式及錘擊式布氏硬度計(jì)或里氏硬度計(jì)測(cè)試，存在誤差大，或需要換算、不直觀等缺點(diǎn)，在這種情況下，利用電子試驗(yàn)機(jī)，尤其對(duì)于大構(gòu)件、零部件成品及半成品，可在不破壞產(chǎn)品條件下進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)，打破一般硬度機(jī)試驗(yàn)空間較小限制，獲得材料有關(guān)性能信息。我們先后利用電子試驗(yàn)機(jī)成功進(jìn)行幾批大構(gòu)件布氏硬度試驗(yàn)，解決了許多實(shí)際問(wèn)題。

2.3 進(jìn)行高低溫環(huán)境布氏硬度試驗(yàn)
要了解材料在高低溫狀態(tài)下的機(jī)械性能，進(jìn)行高低溫布氏硬度試驗(yàn)是比較簡(jiǎn)便的方法；目前布氏硬度試驗(yàn)絕大多數(shù)在室溫環(huán)境下進(jìn)行，在高低溫環(huán)境下進(jìn)行的很少，主要原因是一般硬度計(jì)結(jié)構(gòu)不滿足要求且很難提供高低溫環(huán)境，而利用電子試驗(yàn)機(jī)則不然，它可根據(jù)需要加工夾具聯(lián)接不同材質(zhì)壓頭及工作臺(tái)，方便提供高低溫環(huán)境，在保護(hù)性氣氛中，模擬材料實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)，滿足不同層次客戶需求。

2.4 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試及塑料類材料球壓痕硬度試驗(yàn)
布氏硬度試驗(yàn)通過(guò)測(cè)量壓痕直徑查表求得硬度值，壓痕直徑測(cè)量較麻煩，且存在人為差異，可通過(guò)在電子試驗(yàn)機(jī)上加裝千分表式測(cè)量裝置，測(cè)量壓痕深度差，通過(guò)簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換求得布氏硬度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)布氏硬度試驗(yàn)自動(dòng)化；對(duì)于塑料類材料進(jìn)行球壓痕硬度試驗(yàn)時(shí)，考慮塑料本身特性，標(biāo)準(zhǔn)要求必須在負(fù)荷作用時(shí)用單位面積上受的力表示硬度，利用此設(shè)備可順利實(shí)現(xiàn)在機(jī)球壓痕硬度試驗(yàn)。

3 結(jié)論
（1）利用電子試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)，操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)，且具有諸多優(yōu)點(diǎn)，解決了許多實(shí)際問(wèn)題。
（2）不同材料、不同硬度載荷—壓痕深度曲線各有特點(diǎn)，此曲線與其它材料參數(shù)間是否存在對(duì)應(yīng)關(guān)系、關(guān)系如何有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)
[1] GB/T231.1-2002《金屬布氏硬度試驗(yàn) *部分：試驗(yàn)方法》
[2] 《金屬硬度試驗(yàn)方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施指南》 李久林編著 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社