淺談布氏硬度試驗(yàn)中壓痕測(cè)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(yàn)中壓痕測(cè)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(guò)對(duì)比使用三種不同的設(shè)備，測(cè)量布氏硬度壓痕所得的硬度值，分析了讀數(shù)顯微鏡、萬(wàn)能工具顯微鏡和全自動(dòng)壓痕測(cè)量系統(tǒng)在布氏硬度試驗(yàn)中對(duì)壓痕測(cè)量結(jié)果的影響，最終得出了測(cè)量布氏硬度壓痕時(shí)，根據(jù)測(cè)量對(duì)象選擇合理的壓痕測(cè)量裝置的建議。

布氏硬度試驗(yàn)；測(cè)量裝置；壓痕測(cè)量系統(tǒng)

布氏硬度試驗(yàn)是應(yīng)用較為廣泛的靜力硬度試驗(yàn)方法，在汽車企業(yè)中，一些零部件的質(zhì)量要求監(jiān)控其布氏硬度值。在材料性能分析時(shí)，硬度也是一個(gè)重要的數(shù)值，對(duì)問題解決有著重要的作用。在布氏硬度試驗(yàn)中，壓痕測(cè)量裝置的測(cè)量誤差作為布氏硬度測(cè)量不確定度評(píng)定的一個(gè)重要因素，對(duì)試樣硬度測(cè)量結(jié)果有著直接的影響，因而合理的選用壓痕測(cè)量裝置對(duì)快速準(zhǔn)確地測(cè)量布氏硬度值有著重要的作用。本文對(duì)比使用讀數(shù)顯微鏡、萬(wàn)能工具顯微鏡和全自動(dòng)壓痕測(cè)量系統(tǒng)這三種壓痕測(cè)量裝置，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)布氏硬度塊壓痕所得的硬度值，分析了其對(duì)壓痕測(cè)量結(jié)果的影響。

1　布氏硬度試驗(yàn)

對(duì)一定直徑的硬質(zhì)合金球施加試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面壓痕的直徑。布氏硬度與試驗(yàn)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(guò)壓痕的平均直徑和壓頭的直徑計(jì)算得到［1］。

其計(jì)算公式為

由以上公式可得，對(duì)于一個(gè)已確定硬度標(biāo)尺的布氏硬度試驗(yàn)，其試驗(yàn)力和硬質(zhì)合金壓頭是一定的，其硬度值可從其壓痕直徑的測(cè)量值代入數(shù)學(xué)模型求得，布氏硬度壓痕的結(jié)果直接影響著布氏硬度測(cè)量結(jié)果。

2　布氏硬度壓痕測(cè)量

布氏硬度壓痕的測(cè)量，傳統(tǒng)最常用的測(cè)量設(shè)備有：萬(wàn)能工具顯微鏡、讀數(shù)顯微鏡，而近年來(lái)常用的一種測(cè)量裝置為全自動(dòng)壓痕測(cè)量系統(tǒng)。

（1）讀數(shù)顯微鏡測(cè)量

讀數(shù)顯微鏡是光學(xué)精密機(jī)械儀器中的一種讀數(shù)裝置，被測(cè)零件體積較大無(wú)法放到其他測(cè)量設(shè)備上時(shí)，可用讀數(shù)顯微鏡直接測(cè)量。其原理是利用顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)對(duì)線紋尺的分度進(jìn)行放大、細(xì)分和讀數(shù)的長(zhǎng)度測(cè)量工具。

（2）萬(wàn)能工具顯微鏡測(cè)量

萬(wàn)能工具顯微鏡（圖1）一般是通過(guò)主顯微鏡瞄準(zhǔn)工件影像進(jìn)行測(cè)量的，其工作原理是：將測(cè)件置于照明系統(tǒng)中，通過(guò)帶有正象棱鏡的中央顯微鏡，經(jīng)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(biāo)記進(jìn)行瞄準(zhǔn)定位，最后借助于縱橫向讀數(shù)系統(tǒng)，確定兩次定位的坐標(biāo)位置，從而達(dá)到測(cè)量的目的［2］。

圖1　萬(wàn)能工具顯微鏡

以貴陽(yáng)新天JX13C萬(wàn)能工具顯微鏡測(cè)量圓形布氏硬度壓痕為例，其壓痕測(cè)量步驟如下:

（1）測(cè)量橫向壓痕直徑：先用米字線中心對(duì)準(zhǔn)壓痕一側(cè)切線，重合后進(jìn)行橫向坐標(biāo)軸置零，再向壓痕另一側(cè)橫向平移米字線，使米字線中心對(duì)齊壓痕另一側(cè)切線，此時(shí)橫坐標(biāo)值即為壓痕的橫向直徑值d1.

（2）測(cè)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(duì)齊壓痕的頂端，將縱坐標(biāo)軸置零，向下平移使用米字線使米字線中心對(duì)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(jì)算公式，求出布氏硬度值。

（4）布氏壓痕測(cè)量系統(tǒng)是一種具有多語(yǔ)言，全自動(dòng)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，能方便快速的測(cè)量布氏硬度壓痕的直徑，與傳統(tǒng)的讀數(shù)顯微鏡和萬(wàn)能工具顯微鏡相比，測(cè)量效率上具有明顯提升。

圖2所示為英國(guó)富臻科技的BRINtronic MD臺(tái)式全自動(dòng)布氏壓痕測(cè)試系統(tǒng)。使用該設(shè)備測(cè)量布氏硬度壓痕只需要將圖像采集測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)硬度壓痕，按下采集圖像按鈕，即可完成對(duì)壓痕直徑的測(cè)量。

圖2　BRINtronic MD全自動(dòng)布氏壓痕測(cè)試系統(tǒng)

使用該硬度壓痕測(cè)量系統(tǒng)可減少人工干預(yù)，適用于工廠車間和實(shí)驗(yàn)室。

3　測(cè)量數(shù)據(jù)分析

本次試驗(yàn)使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊，標(biāo)準(zhǔn)值為228 HBW 5/750，在標(biāo)準(zhǔn)塊上任意打10個(gè)點(diǎn)硬度，并標(biāo)記第1點(diǎn)～第10點(diǎn)，由同一個(gè)人分別使用三種設(shè)備測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)塊的10個(gè)點(diǎn)硬度值。測(cè)量結(jié)果對(duì)比如下：

表1　幾種壓痕測(cè)量裝置硬度測(cè)量結(jié)果對(duì)比

通過(guò)對(duì)比三種不同設(shè)備10個(gè)點(diǎn)硬度的平均值，證明以上三種方法均可實(shí)現(xiàn)布氏硬度壓痕測(cè)量，得出標(biāo)準(zhǔn)塊硬度測(cè)量結(jié)果。但在測(cè)量準(zhǔn)確度上萬(wàn)能工具顯微鏡和讀數(shù)顯微鏡測(cè)量結(jié)果更接近標(biāo)準(zhǔn)塊的標(biāo)稱值。

對(duì)于布氏硬度壓痕的測(cè)量，除了從準(zhǔn)確度之外，可以綜合成本、操作方法、實(shí)際使用效果等方面進(jìn)行選用。在成本方面，萬(wàn)能工具顯微鏡成本最高，全自動(dòng)壓痕測(cè)量系統(tǒng)次之，讀數(shù)顯微鏡設(shè)備最為簡(jiǎn)單，成本最低；操作方法上，萬(wàn)能工具顯微鏡操作最為復(fù)雜，如需要對(duì)軟件進(jìn)行較多的操作，而全自動(dòng)壓痕測(cè)量系統(tǒng)和讀數(shù)顯微鏡則操作較為簡(jiǎn)單，讀數(shù)顯微鏡測(cè)量時(shí)需要人眼從目鏡中直接觀察，受光線強(qiáng)度等因素影響較大，人為影響較大；從實(shí)際使用效果看，全自動(dòng)壓痕測(cè)量系統(tǒng)雖然在測(cè)量結(jié)果誤差比其他兩個(gè)設(shè)備大，但其測(cè)量結(jié)果符合國(guó)標(biāo)要求［3］。但其操作簡(jiǎn)便，效率高。

綜合以上信息，測(cè)量時(shí)應(yīng)根據(jù)測(cè)量對(duì)象選擇合理的壓痕測(cè)量裝置：

（1）讀數(shù)顯微鏡：成本低，操作方便，但受光線強(qiáng)度、人眼影響較大，可用于一些簡(jiǎn)單零件試樣的測(cè)量。

（2）萬(wàn)能工顯微鏡：成本較高，測(cè)量結(jié)果受人為影響較讀數(shù)顯微鏡小，適用于要求較高的關(guān)鍵零件布氏硬度測(cè)量。

（3）全自動(dòng)壓痕測(cè)量系統(tǒng)：誤差較大，但滿足國(guó)標(biāo)要求，可用于測(cè)量工作量較大的企業(yè)，對(duì)其零部件布氏硬度的監(jiān)控。

［1］中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì).GB/T 231.1-2009，金屬布氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［2］田奕，張勇，鄭金艷.淺談萬(wàn)能工具顯微鏡測(cè)量技術(shù)［J］．應(yīng)用科技，2014，（27）：40-44.

［3］中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì).GB/T 231.2-2012，金屬布氏硬度試驗(yàn)第2部分：硬度計(jì)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)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(fā)動(dòng)機(jī)零部件理化及精密測(cè)量方面的研究。