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布氏硬度测试时的相似原理

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2022/10/17

试验机/硬度计

在进行布氏硬度试验时,用同一球体对应同一试样, 照常理分析,当变换试验力时，凹压痕面积会有变化,试验力越大就会是压痕越深,压痕面积越大; 反之，试验力小压痕浅,压痕面积小。

轶诺布氏硬度计

但单位面积上的抗力应是一致的,即布氏硬度值应为常数。对于不同硬软程度的试样,当变换试验力时应有对应的差值，保证不同材料的可比性。实际上，在硬度检测中变换试验力与球时，直径的变化与压痕面积的变化在球冠与接近球径处是非线性关系。而且，对于硬软差异大的材料，压头压入深浅不同时，对应的应力状况也是复杂的。所以，上述理想状况不存在。即,在布氏硬度试验中,不能任意选择压头和试验力,必须遵守一定的规则,于是引入相似原理。

下图是布氏硬度试验时压痕相似原理图：

布氏硬度测试

对于硬度不同的各种材料，在变换试验力和相应变换压头球径时，如果能想办法获得统一的压入角,就会获得准确的可比的硬度值。

但在实际工作中,由于材料各异，不同材料硬度值的变化范围大，目前还不能实现。因此,进行布式硬度试验时,为了得到较理想的结果和技术上又便于实现的办法,使试验力和球径的合理搭配,控制压人角(a)和压痕直径(d)在一定范围内变化，就能获得对同一种材料有相同的硬度值;对不同硬度的材料能获得可比较的硬度植的结果。

实践证明,即使同一种材料，用固定直径的球形压头，其硬度值(HB)随试验力(F)的改变而有差异。布氏硬度试验中,根据被试材料的硬软、压头球径大小和试验力大小的合理选用,可以控制压痕直径和压入角的大小。

根据国际标准GB 231.1 规定,压痕直径应控制在0.24D~0.6D之间,最理想的d值为0.375D；压入角应在28°-74°之间，最理想的α角为44°，此时球体压印的外切交角为152°~106°之间, 136°最理想。

当d值低于0.24D或高于0.6D时都无法从压痕直径、试验力与硬度值对照表中查得数据。

对于相同硬度的材料,压头和试验力的关系,还可借助相似原理,从理论上加以证明。对于同一种材料，在不同试验力F作用下，不同直径的钢球D所产生的压痕d。若想使所得硬度值相等，压入角α必须相等。

K值为试验力(F)与球体直径(D)平方的比率。进行布氏硬度检测时,对不同硬软的材料,应选用不同的K值。 K值从30到1。为硬、软差别的材料在进行检测时,使其压人角(α)相近; 使压痕直径(d)能控制在0.24~0.6D之间。

K值选定后再根据试样的厚薄、大小选用压头球径和检测力。

根据材料和布氏硬度范围选择0.102F/D值，见下表：

试验力，压头球直径平方的比率

当试样尺寸允许时，应优先选用直径10mm的球压头进行试验。

轶诺硬度计
K常数的选用

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