布氏硬度计相似原理及其应用

布氏硬度计相似原理及其应用如下所述：

布氏硬度计相似原理：在进行布氏硬度试验时，照常理分析，即用同一球体对应同一试样，当变换试验力时，凹印面积会有变化，试验力大压痕深，凹印而积大；试验力小压痕浅，凹印面积小，但单位面积上的抗力应是相同的，即布氏硬度值应为常数。对于不同硬软的试样，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，在硬度检测中试验力与球任意变换时，直径的变化与凹印向积的变化在球冠与接近球径处是非线性关系的，对于硬软差异大的材料，压头压入深浅不同其应力状况也是复杂的。所以，上述理想状况不行在。也就是说，在布氏硬度试验中，不能任意选择压头和试验力，必须遵守定的规则，这就提出了相似原理问题。

相似原理的应用，在布氏硬度实验方法中是非常重要的，对它有清楚的认识和理解才能运用自如和获得较准确以及可比较的数据。对于硬度不同的各种材料，如能采用变换试验力和相应变换压头球径的办法获得统一的压入角，这就可能获得准确的可比硬度值。但在实际工作中，由于材料的千差万别，不同材料硬度值的变化范围很大，目前还不能实现这一技术要求。因此，进行布氏硬度试验时，为了得到较理想的结果和技术上又便于实现的办法，注意选择实验力和球径的合理搭配，控制压入角（α）和压痕直径（d）在一定范围内变化，

就能获得对同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。其关系见下图。

               压痕相似原理

布氏硬度值与d,D比值关系曲线（HBS—布氏硬度计，d/D—钢球直径与印痕直径之比值）

上图是球体直径不变，仅试验力变化而引起球体压入深度变化，压痕(d)和压入角(α)将相应发生变化。是钢球直径为10mm，布氏硬度值分别为228HBS 10/300/30;100HBS 10/1000/30;46HBS 10/500/30三种不同材料试样。在变换试验力的情况下所得到的布氏硬度值与压痕直径d与球直径D之比的关系曲线。

由图看出，当试样硬度高，用直径D=10mm钢球，试验力F为29.42kN（3000kgf）时，其压痕直径d为0.4D，HB正好在0.24D～0.6D之间，对应的HB为228，这时，其压痕直径d等于0.24D，HB值低于220，如选用4.903kN(500kgf)试验力时，压痕直径d小于0.2D，HB硬度值更低一些。但当试样硬度较低时(46 HBS试样)，用10mm钢球若选用29.42kN（3000kgf）试验力，其压痕直径d在0.8D以上，此时压入角增大很多，硬度值仅相当于30 HBs。对于这一试样如选用4.903kN（500kgf）或90908kN（1000kgf)试验力，压痕直径d落在0.24D～0.6D之间。用4.903kN试验力的压痕直径d正好约为0.37D，得到的硬度值是很准确的。

从图和以上文字叙述中可看出，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GB 231.1—2002规定，压痕直径应控制在0.24D一0.6D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，最理想的为136°。因此，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。下图是布氏硬度试验时压痕相似原理图。对于同一种材料，在不同试验力F1和F2作用下，不同直径的钢球D1和D2所产生的压痕为d1和d2。若想使所得硬度值相等，

压入角α必须相等。从图中看：

 式1

将式1及力F1代入中得出

同理：

因为是同一种材料，只要试验力(F)与球直径(D)的平方之比保持为一常数，则其压人角相同，所测得的结果定会相同，对不同材料所测得的硬度值可以进行比较。

则

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