航空材料力学性能检测及应用

布氏硬度试验的基本条件是试验力F和球直径D必须事先确定，这样所得数据才能进行比较。但由于金属材料有硬有软，被试工件有厚有薄，如果只采用一个标准试验力F（如3000kgf）和球直径D（如10mm）时，则对于硬的合金（如钢）虽然合适，但对于软合金（如铝、锡）就不合适，这时整个球体都会陷入金属中；同样，这个值对厚的工件虽然合适，对于薄的工件（如厚度小于2mm）就不合适，这时工件可能被压透，因此，试验力的选择应保证压痕直径为0.24D～0.6D。规定压痕直径的下限是必要的，因为它易损坏球体且测量困难，规定上限是因为随着压痕直径接近球直径时其灵敏度会降低。

图6-3 压痕相似原理的应用

如果采用不同的F和D的搭配进行试验时，对F和D应该采取什么样的规定条件才能保证同一材料得到同样的HBW值？为了解决这个问题，需要运用相似原理。

图6-3所示为两个不同直径的碳化钨球D₁和D₂，在不同试验力F₁和F₂作用下压入金属表面的状况。由图可知，如果要得到相等的布氏硬度值，就必须使两者的压入角φ相等，这就是确定F和D的规定条件的依据，从图6-3中可看出，φ和d的关系为

将其代入式（6-3），即得

式中 D——压头直径（mm）；

F——试验力（N）；

φ——压入角（°）。(www.xing528.com)

由式（6-4）可知，要保证所得压入角φ相等，必须使0.102F/D²为一常数，这样才能保证对同一材料得到相同的HBW值。

根据布氏硬度的压痕相似原理，要保证同一材料得到同样的HBW值，就必须使0.102F/D²为一常数，生产上常用的0.102F/D²值规定有30、15、10、5、2.5和1共六种。试验时可根据金属类别和布氏硬度范围，选择表6-1中的0.102F/D²值。施加的试验力可按表6-2中的规定值选择。

表6-1 不同材料的试验力-压头球直径平方的比率

①对于铸铁的试验，压头球直径一般为2.5mm、5mm和10mm。

表6-2 布氏硬度试验条件和推荐硬度范围

（续）