洛氏硬度计种类很多,构造各不相同,但构造原理及主要部件都相同。
①-压头 ②-载荷法码 ③--主杠杆 ④-测量杠杆 ①--读数百分表 ②--装压脑处
⑤-表盘 ⑥-缓冲装置 ⑦--载物台 ⑧-升降丝杠 ③-载物台 ④--升降丝杠手轮
⑤--加载手轮 ⑥--卸载手轮
14.2 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:
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,需要将硬度值乘以 9.81。
布氏硬度的压头钢球直径有 Φ2.5mm,Φ5mm,Φ10mm 三种,载荷有 15.6kg、62.5kg、182.5kg、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>0.1 时,压痕直径 d 与载荷的关系为:
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, 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,通常使 0.25<d/D<0.5,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。
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