淺談布氏硬度試驗中壓痕測量裝置的選用

黃云飛，繆志橋

（上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司，重慶401135）

淺談布氏硬度試驗中壓痕測量裝置的選用

黃云飛，繆志橋

（上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司，重慶401135）

通過對比使用三種不同的設備，測量布氏硬度壓痕所得的硬度值，分析了讀數顯微鏡、萬能工具顯微鏡和全自動壓痕測量系統在布氏硬度試驗中對壓痕測量結果的影響，最終得出了測量布氏硬度壓痕時，根據測量對象選擇合理的壓痕測量裝置的建議。

布氏硬度試驗；測量裝置；壓痕測量系統

布氏硬度試驗是應用較為廣泛的靜力硬度試驗方法，在汽車企業中，一些零部件的質量要求監控其布氏硬度值。在材料性能分析時，硬度也是一個重要的數值，對問題解決有著重要的作用。在布氏硬度試驗中，壓痕測量裝置的測量誤差作為布氏硬度測量不確定度評定的一個重要因素，對試樣硬度測量結果有著直接的影響，因而合理的選用壓痕測量裝置對快速準確地測量布氏硬度值有著重要的作用。本文對比使用讀數顯微鏡、萬能工具顯微鏡和全自動壓痕測量系統這三種壓痕測量裝置，測量標準布氏硬度塊壓痕所得的硬度值，分析了其對壓痕測量結果的影響。

1　布氏硬度試驗

對一定直徑的硬質合金球施加試驗力壓入試樣表面，經規定保持時間后，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕的直徑。布氏硬度與試驗力除以壓痕表面積的商成正比。壓痕被看作是具有一定半徑的球形，壓痕表面積通過壓痕的平均直徑和壓頭的直徑計算得到［1］。

其計算公式為

由以上公式可得，對于一個已確定硬度標尺的布氏硬度試驗，其試驗力和硬質合金壓頭是一定的，其硬度值可從其壓痕直徑的測量值代入數學模型求得，布氏硬度壓痕的結果直接影響著布氏硬度測量結果。

2　布氏硬度壓痕測量

布氏硬度壓痕的測量，傳統最常用的測量設備有：萬能工具顯微鏡、讀數顯微鏡，而近年來常用的一種測量裝置為全自動壓痕測量系統。

（1）讀數顯微鏡測量

讀數顯微鏡是光學精密機械儀器中的一種讀數裝置，被測零件體積較大無法放到其他測量設備上時，可用讀數顯微鏡直接測量。其原理是利用顯微鏡光學系統對線紋尺的分度進行放大、細分和讀數的長度測量工具。

（2）萬能工具顯微鏡測量

萬能工具顯微鏡（圖1）一般是通過主顯微鏡瞄準工件影像進行測量的，其工作原理是：將測件置于照明系統中，通過帶有正象棱鏡的中央顯微鏡，經物鏡放大，將影像顯于目鏡分劃板上使與目鏡分劃板上的各標記進行瞄準定位，最后借助于縱橫向讀數系統，確定兩次定位的坐標位置，從而達到測量的目的［2］。

圖1　萬能工具顯微鏡

以貴陽新天JX13C萬能工具顯微鏡測量圓形布氏硬度壓痕為例，其壓痕測量步驟如下:

（1）測量橫向壓痕直徑：先用米字線中心對準壓痕一側切線，重合后進行橫向坐標軸置零，再向壓痕另一側橫向平移米字線，使米字線中心對齊壓痕另一側切線，此時橫坐標值即為壓痕的橫向直徑值d1.

（2）測量縱向壓痕直徑：用與橫軸同樣的方法，先將米字線的中心對齊壓痕的頂端，將縱坐標軸置零，向下平移使用米字線使米字線中心對齊壓痕下端，得到縱向壓痕直徑d2.

（3）將d1和d2求均值代入布氏硬度計算公式，求出布氏硬度值。

（4）布氏壓痕測量系統是一種具有多語言，全自動光學測量系統，能方便快速的測量布氏硬度壓痕的直徑，與傳統的讀數顯微鏡和萬能工具顯微鏡相比，測量效率上具有明顯提升。

圖2所示為英國富臻科技的BRINtronic MD臺式全自動布氏壓痕測試系統。使用該設備測量布氏硬度壓痕只需要將圖像采集測頭對準硬度壓痕，按下采集圖像按鈕，即可完成對壓痕直徑的測量。

圖2　BRINtronic MD全自動布氏壓痕測試系統

使用該硬度壓痕測量系統可減少人工干預，適用于工廠車間和實驗室。

3　測量數據分析

本次試驗使用一個標準塊，標準值為228 HBW 5/750，在標準塊上任意打10個點硬度，并標記第1點～第10點，由同一個人分別使用三種設備測量標準塊的10個點硬度值。測量結果對比如下：

表1　幾種壓痕測量裝置硬度測量結果對比

通過對比三種不同設備10個點硬度的平均值，證明以上三種方法均可實現布氏硬度壓痕測量，得出標準塊硬度測量結果。但在測量準確度上萬能工具顯微鏡和讀數顯微鏡測量結果更接近標準塊的標稱值。

對于布氏硬度壓痕的測量，除了從準確度之外，可以綜合成本、操作方法、實際使用效果等方面進行選用。在成本方面，萬能工具顯微鏡成本最高，全自動壓痕測量系統次之，讀數顯微鏡設備最為簡單，成本最低；操作方法上，萬能工具顯微鏡操作最為復雜，如需要對軟件進行較多的操作，而全自動壓痕測量系統和讀數顯微鏡則操作較為簡單，讀數顯微鏡測量時需要人眼從目鏡中直接觀察，受光線強度等因素影響較大，人為影響較大；從實際使用效果看，全自動壓痕測量系統雖然在測量結果誤差比其他兩個設備大，但其測量結果符合國標要求［3］。但其操作簡便，效率高。

綜合以上信息，測量時應根據測量對象選擇合理的壓痕測量裝置：

（1）讀數顯微鏡：成本低，操作方便，但受光線強度、人眼影響較大，可用于一些簡單零件試樣的測量。

（2）萬能工顯微鏡：成本較高，測量結果受人為影響較讀數顯微鏡小，適用于要求較高的關鍵零件布氏硬度測量。

（3）全自動壓痕測量系統：誤差較大，但滿足國標要求，可用于測量工作量較大的企業，對其零部件布氏硬度的監控。

［1］中國鋼鐵工業協會.GB/T 231.1-2009，金屬布氏硬度試驗第1部分：試驗方法［S］.北京：中國標準出版社，2009.

［2］田奕，張勇，鄭金艷.淺談萬能工具顯微鏡測量技術［J］．應用科技，2014，（27）：40-44.

［3］中國機械工業聯合會.GB/T 231.2-2012，金屬布氏硬度試驗第2部分：硬度計的檢驗與校準［S］.北京：中國標準出版社，2013.

On The Selected of Indentation Measuring Equipment in Brinell Hardness Test

HUANG Yun-fei，MIAO Zhi-qiao
（SAIC GM Wuling Automobile Limited by Share Ltd Chongqing Branch，Chongqing 401135，China）

This article mainly by comparing the difference of hardness test results of three kinds of measuring equipments，also analyzes the influence of reading microscope，universal tool microscope and automatic indentation measuring system on the indentation test results.In order to obtain a reasonable measurement result for brinell hardness test，a reasonable indentation measuring equipment should be selected according to the measuring object.

brinell Hardness test；measuring equipment；indentation measurement system

TB938.2

A

1672-545X（2016）07-0180-02

2016-04-07

黃云飛（1988-），男，云南文山州富寧人，本科，助理工程師，主要從事發動機零部件理化及精密測量方面的研究。