浅谈布氏硬度试验中压痕测量装置的选用

黄云飞，缪志桥

（上汽通用五菱汽车股份有限公司重庆分公司，重庆401135）

浅谈布氏硬度试验中压痕测量装置的选用

黄云飞，缪志桥

（上汽通用五菱汽车股份有限公司重庆分公司，重庆401135）

通过对比使用三种不同的设备，测量布氏硬度压痕所得的硬度值，分析了读数显微镜、万能工具显微镜和全自动压痕测量系统在布氏硬度试验中对压痕测量结果的影响，最终得出了测量布氏硬度压痕时，根据测量对象选择合理的压痕测量装置的建议。

布氏硬度试验；测量装置；压痕测量系统

布氏硬度试验是应用较为广泛的静力硬度试验方法，在汽车企业中，一些零部件的质量要求监控其布氏硬度值。在材料性能分析时，硬度也是一个重要的数值，对问题解决有着重要的作用。在布氏硬度试验中，压痕测量装置的测量误差作为布氏硬度测量不确定度评定的一个重要因素，对试样硬度测量结果有着直接的影响，因而合理的选用压痕测量装置对快速准确地测量布氏硬度值有着重要的作用。本文对比使用读数显微镜、万能工具显微镜和全自动压痕测量系统这三种压痕测量装置，测量标准布氏硬度块压痕所得的硬度值，分析了其对压痕测量结果的影响。

1　布氏硬度试验

对一定直径的硬质合金球施加试验力压入试样表面，经规定保持时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕的直径。布氏硬度与试验力除以压痕表面积的商成正比。压痕被看作是具有一定半径的球形，压痕表面积通过压痕的平均直径和压头的直径计算得到［1］。

其计算公式为

由以上公式可得，对于一个已确定硬度标尺的布氏硬度试验，其试验力和硬质合金压头是一定的，其硬度值可从其压痕直径的测量值代入数学模型求得，布氏硬度压痕的结果直接影响着布氏硬度测量结果。

2　布氏硬度压痕测量

布氏硬度压痕的测量，传统最常用的测量设备有：万能工具显微镜、读数显微镜，而近年来常用的一种测量装置为全自动压痕测量系统。

（1）读数显微镜测量

读数显微镜是光学精密机械仪器中的一种读数装置，被测零件体积较大无法放到其他测量设备上时，可用读数显微镜直接测量。其原理是利用显微镜光学系统对线纹尺的分度进行放大、细分和读数的长度测量工具。

（2）万能工具显微镜测量

万能工具显微镜（图1）一般是通过主显微镜瞄准工件影像进行测量的，其工作原理是：将测件置于照明系统中，通过带有正象棱镜的中央显微镜，经物镜放大，将影像显于目镜分划板上使与目镜分划板上的各标记进行瞄准定位，最后借助于纵横向读数系统，确定两次定位的坐标位置，从而达到测量的目的［2］。

图1　万能工具显微镜

以贵阳新天JX13C万能工具显微镜测量圆形布氏硬度压痕为例，其压痕测量步骤如下:

（1）测量横向压痕直径：先用米字线中心对准压痕一侧切线，重合后进行横向坐标轴置零，再向压痕另一侧横向平移米字线，使米字线中心对齐压痕另一侧切线，此时横坐标值即为压痕的横向直径值d1.

（2）测量纵向压痕直径：用与横轴同样的方法，先将米字线的中心对齐压痕的顶端，将纵坐标轴置零，向下平移使用米字线使米字线中心对齐压痕下端，得到纵向压痕直径d2.

（3）将d1和d2求均值代入布氏硬度计算公式，求出布氏硬度值。

（4）布氏压痕测量系统是一种具有多语言，全自动光学测量系统，能方便快速的测量布氏硬度压痕的直径，与传统的读数显微镜和万能工具显微镜相比，测量效率上具有明显提升。

图2所示为英国富臻科技的BRINtronic MD台式全自动布氏压痕测试系统。使用该设备测量布氏硬度压痕只需要将图像采集测头对准硬度压痕，按下采集图像按钮，即可完成对压痕直径的测量。

图2　BRINtronic MD全自动布氏压痕测试系统

使用该硬度压痕测量系统可减少人工干预，适用于工厂车间和实验室。

3　测量数据分析

本次试验使用一个标准块，标准值为228 HBW 5/750，在标准块上任意打10个点硬度，并标记第1点～第10点，由同一个人分别使用三种设备测量标准块的10个点硬度值。测量结果对比如下：

表1　几种压痕测量装置硬度测量结果对比

通过对比三种不同设备10个点硬度的平均值，证明以上三种方法均可实现布氏硬度压痕测量，得出标准块硬度测量结果。但在测量准确度上万能工具显微镜和读数显微镜测量结果更接近标准块的标称值。

对于布氏硬度压痕的测量，除了从准确度之外，可以综合成本、操作方法、实际使用效果等方面进行选用。在成本方面，万能工具显微镜成本最高，全自动压痕测量系统次之，读数显微镜设备最为简单，成本最低；操作方法上，万能工具显微镜操作最为复杂，如需要对软件进行较多的操作，而全自动压痕测量系统和读数显微镜则操作较为简单，读数显微镜测量时需要人眼从目镜中直接观察，受光线强度等因素影响较大，人为影响较大；从实际使用效果看，全自动压痕测量系统虽然在测量结果误差比其他两个设备大，但其测量结果符合国标要求［3］。但其操作简便，效率高。

综合以上信息，测量时应根据测量对象选择合理的压痕测量装置：

（1）读数显微镜：成本低，操作方便，但受光线强度、人眼影响较大，可用于一些简单零件试样的测量。

（2）万能工显微镜：成本较高，测量结果受人为影响较读数显微镜小，适用于要求较高的关键零件布氏硬度测量。

（3）全自动压痕测量系统：误差较大，但满足国标要求，可用于测量工作量较大的企业，对其零部件布氏硬度的监控。

［1］中国钢铁工业协会.GB/T 231.1-2009，金属布氏硬度试验第1部分：试验方法［S］.北京：中国标准出版社，2009.

［2］田奕，张勇，郑金艳.浅谈万能工具显微镜测量技术［J］．应用科技，2014，（27）：40-44.

［3］中国机械工业联合会.GB/T 231.2-2012，金属布氏硬度试验第2部分：硬度计的检验与校准［S］.北京：中国标准出版社，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

黄云飞（1988-），男，云南文山州富宁人，本科，助理工程师，主要从事发动机零部件理化及精密测量方面的研究。