影響布氏硬度試驗精確度的因素

【摘 要】在實際生產中，常常要測試工業金屬材料的硬度值，用布氏的硬度試驗計測試硬度值是最常用的一種測試方法。布氏硬度試驗作為大專院校機械類專業必不可少的一門實驗課程，要使測試的硬度值精準可靠，除了嚴格按照規定的操作規程外，還要注意一些影響測試標準的因素。

【關鍵詞】測試硬度 布氏硬度計 影響因素 測試力

【中圖分類號】TG115.51 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2013）27-0073-01

硬度的概念源于日常生活及實際生產，未成熟的水果（如香蕉）一般比較硬，成熟后的水果比較軟，木材比較軟，鋼鐵比較硬，而金剛石幾乎比所有材料都硬。可見軟或硬的概念存在于不同領域，它不僅因物體的不同而不同，而且軟或硬是相對的。既然物體存在軟硬不同的程度，要定量地表達這種程度，就引出了硬度這個概念，因此硬度值是表示材料軟硬程度的量，也是指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力，是一項綜合力學性能指標。

布氏硬度計是一種用于測試金屬材料硬度的計量設備，它結構簡單、操作方便、數據穩定、準確率高，因而在科研及生產中被廣泛應用。布氏硬度計是由機架、試驗力產生和加卸機構、試驗力變換機構和試樣支撐機構等組成的，并帶有壓痕直徑檢測裝置和鋼球壓頭與其配套。它的工作原理是把一定直徑的鋼球，在一定試驗力的作用下，以一定的速度壓入試樣表面，經規定的試驗力保持一定的時間后卸除試驗力，以試樣壓痕球形表面積上的平均壓力來表示金屬的布氏硬度值。所以影響壓痕產生及測試的因素，均可造成測試誤差，影響布氏硬度值。如果檢驗硬度失準，可能會給產品質量造成很大的影響，甚至產生嚴重不良后果。眾所周知，用布氏硬度計測量布氏硬度時，硬度計的壓頭是鋼球壓頭，在一定的壓力下壓入被測表面而得到一個圓形壓痕，再用讀數顯微鏡測量圓形壓痕的直徑，然后根據這個直徑在布氏硬度表中查找相應的硬度值，即被測試樣的硬度值。本文根據布氏硬度試驗的原理和試驗步驟，結合筆者的經驗，就布氏硬度計在測試過程中，容易被忽略又比較常見的導致誤差的因素進行分析，提出相應的預防措施，以供相關工作人員參考，并希望引起大家的重視。

一 壓頭對測試值的影響

壓頭鋼球直徑要按照規定進行選用，在不同鋼球直徑條件下所得到的布氏硬度值，相互之間是有差異的，不能進行精確的比較。此外，布氏硬度值還與鋼球硬度和鋼球表面粗糙度等有關。所以，我們必須定期檢查壓頭鋼球的狀態是否符合標準。鋼球直徑在不同方向上的允差：鋼球直徑為2.5和5毫米的允許偏差不應超過±0.005毫米，鋼球直徑為10毫米的允許偏差不應超過±0.01毫米。

二 試驗力對測試值的影響

布氏硬度計試驗力是由砝碼及吊掛等受重力作用，并通過杠桿作用放大而產生的，試驗力有出現偏差的可能，很大程度上取決于杠桿比以及活動部分的摩擦力。試驗力除了大小之外，布氏硬度計檢測值還與試驗力施加方向、試驗力保持時間、試驗力加速度等有關，所以我們在檢測時以上環節都不能忽視。

三 試樣表面粗糙度和清潔度對測試值的影響

在測量試樣硬度時，須注意被測試樣表面粗糙度是否符合硬度計的檢測條件。試樣表面要求光滑平坦，不應有氧化層、脫碳層、滲碳層、電鍍層及其他污物，尤其不允許有油污，被測試樣表面的粗糙度直接影響硬度測量值的準確性，當被測表面粗糙度值大于Ra=0.8μm時，隨著粗糙度值的增大，其塑性變形越大，圓形壓痕就越大，相應的硬度值也就越小。若試樣的被測表面粗糙度值大于Ra=0.8μm，可以通過機械方法（上磨床）或手工方法，對被測表面進行研磨修整，使試樣的被測表面粗糙度達到標準。這樣我們才能獲得準確的測量值。

四 溫度對測試值的影響

標準規定布氏硬度試驗應在20℃左右的環境溫度下進行，因為溫度的變化會引起材料組織結構的變化，而布氏硬度的測試受材料的組織結構影響很大。對同一個試樣，溫度越高布氏硬度值就越低，反之，布氏硬度值就越高。所以，測量人員在進行測試前需測量環境溫度，特別是有色金屬應嚴格保持在標準溫度下進行。若因為客觀原因環境溫度達不到標準，就必須對所測量的硬度值進行溫度修正，以降低誤差。

五 壓痕直徑的計量誤差對測試值的影響

每次試驗前首先要檢查鋼球在壓頭內的位置是否正確、是否松動，如果松動會影響測試的準確性。壓痕直徑測量的準確性直接影響硬度的測量結果，壓痕直徑的測量除了與讀數顯微鏡的精度有關外，還因為讀數顯微鏡是用肉眼進行觀察，可能會產生人為的誤差，并且由于壓痕邊緣的凸起、凹陷或圓滑過渡都會使壓痕直徑的測量產生較大誤差，因此要求操作者具有熟練的試驗技術和豐富經驗，檢測中應用心、細致，盡量減少人為誤差。

金屬材料硬度值的檢測被廣泛應用于工程設計和冶金產品質量控制中，所以要確保檢測的準確性顯得尤為重要。硬度計應由專業人員使用、維護、保管。使用人要熟知布氏硬度計的工作原理，嚴格執行相關的標準和操作規程，每次使用完畢要進行維護保養，使設備始終保持良好的狀態。只要在操作中積累和總結經驗，將誤差降至最低而獲得真實、準確、可靠的檢測數據是切實可行的。

參考文獻

[1]潘偉.布氏硬度試驗中的誤差分析及解決[J].中國建筑金屬結構（下半月），2013（1）

[2]趙鐵.布氏硬度試驗法[J].品牌與標準化，2011（16）

〔責任編輯：龐遠燕〕