利用電子試驗機進行硬度試驗淺析

摘 要］ 根據(jù)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(jīng)過反復(fù)試驗論證，此方法是可行的，操作簡單，數(shù)據(jù)，且具有諸多優(yōu)點，解決了許多實際問題，開發(fā)了該類試驗機新功能。
［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(zhì)合金球壓頭，以相應(yīng)的試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后，卸除試驗力，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)會所做報告中*次提出，此法測量精度高，結(jié)果重復(fù)性好，且不用破壞試件，應(yīng)用十分廣泛。經(jīng)過一個世紀(jì)，其試驗方法不斷完善，設(shè)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(chǎn)的電子試驗機依據(jù)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(huán)境狀況，進行系列布氏硬度試驗，取得滿意結(jié)果，實踐證明運用該類試驗機進行硬度試驗具有諸多優(yōu)點。

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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(nèi)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(nèi)，且保載效果好，可根據(jù)試驗需求編制程序，通過更換壓頭，調(diào)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(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)布氏硬度塊進行試驗，試驗程序為：
加預(yù)負(fù)荷—加試驗力（10秒）—保持試驗力（10秒）—卸除試驗力，試驗結(jié)果見表1。

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表1 布氏硬度試驗結(jié)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(fù)性均滿足
GB/T231.2-2002中硬度計的間接檢驗要求，試驗結(jié)果精度高，優(yōu)于一般硬度計。其中標(biāo)準(zhǔn)塊211HBW5/750試驗載荷—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 大空間可進行大構(gòu)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(jié)構(gòu)與組織，可根據(jù)材料硬度值推測其抗拉強度、抗磨性和耐疲勞性等參數(shù)。在航天航空領(lǐng)域及對于大設(shè)備零部件，往往要求對運行中的零件的有關(guān)性能指標(biāo)在不破壞情況下進行周期性監(jiān)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(gòu)件、零部件成品及半成品，可在不破壞產(chǎn)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(guān)性能信息。我們先后利用電子試驗機成功進行幾批大構(gòu)件布氏硬度試驗，解決了許多實際問題。

2.3 進行高低溫環(huán)境布氏硬度試驗
要了解材料在高低溫狀態(tài)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(shù)在室溫環(huán)境下進行，在高低溫環(huán)境下進行的很少，主要原因是一般硬度計結(jié)構(gòu)不滿足要求且很難提供高低溫環(huán)境，而利用電子試驗機則不然，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，方便提供高低溫環(huán)境，在保護性氣氛中，模擬材料實際狀態(tài)進行布氏硬度試驗，滿足不同層次客戶需求。

2.4 實現(xiàn)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(zhuǎn)換求得布氏硬度，進而實現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)要求必須在負(fù)荷作用時用單位面積上受的力表示硬度，利用此設(shè)備可順利實現(xiàn)在機球壓痕硬度試驗。

3 結(jié)論
（1）利用電子試驗機進行布氏硬度試驗，操作簡單，數(shù)據(jù)，且具有諸多優(yōu)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(shù)間是否存在對應(yīng)關(guān)系、關(guān)系如何有待進一步研究。

參考文獻(xiàn)
[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(biāo)準(zhǔn)實施指南》 李久林編著 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社