罗涓 宋富伟 杨好健
广东省梅州市质量计量监督检测所 广东 梅州 514000
摘要：布氏硬度计在金属鉴定工作中虽然是一种结构简单、操作方便、准确率高的计量装置，但是一旦其长期操作不当极容易造成检验硬度失准现象，给产品质量造成很大的影响，甚至产生重大不良后果。本文就布氏硬度计工作中存在的各种误差现象加以总结和分析，提出相关的预防和总结措施，以供相关工作人员参考。
关键词：布氏硬度计；检定；误差分析
1.布氏硬度计计量检定概述
1.1计量检定分析
计量检定工作是实现一个企业合理、科学、有序的进行工作的关键活动，也是对企业工作产品进行科学检查的一个主要工作体系。这种工作模式是一项传统而又新颖的工作模式，其伴随着现代科学技术的发展而逐步完善和优化，已经形成了一套综合、系统的工作模式，同时也涌现出了众多的计量检定仪器，为社会生产和发展提供了扎实的基础依据。截至目前，计量检定工作已成为采用具备着评定性能的器具对产品质量、性能进行全面全面鉴定的一项系统化的工作，其包含着工作检验、加盖等多个环节，是向使用单位提供产品功能和质量的主要保障依据。
1.2布氏硬度计
布氏硬度计是目前金属材料鉴定的主要手段和方法，是用于测定材料布氏硬度值的一种先进器械。这种鉴定机械是与美国king布氏硬度计工作原理相同的一种便携式硬度鉴定仪器，是通过液压系统为基础，以工作人员手动操作和压力调整为前提的一种综合性工作体系，这种仪器的应用是世界上唯一一个采用了三千千克的试验机，其精确度高达10mm。由于这种硬度计在检验的过程中存在着携带方便、操作简单和精确度高的优势被相关人士广泛的关注和重视，成为现代化布氏硬度计量工作中的首选设备
2.布氏硬度计检定分析
布氏硬度是通过一定的试验力、压力作为主要的基础将钢球或者硬质合金球压入材料表面，并使得其保持一段时间，并且在掉荷载之后表面负荷与压痕的面积进行分析，从而得出科学的布氏硬度值。在目前的金属生产和加工制作中，布氏硬度检定是应用最广的一项，其是一种既直接又方便的检定方式。
2.1工作原理
布氏硬度计在工作中是通过将一定直径的材料置放在器械平台之上，在一定的试验力作用下，通过设置一定的速度将其压入试样的表面，并且经过规定的试验力后保持一定的时间，过后检查其压痕表面积，从而计算机其平局压力来表示金属的布氏硬度值。
2.2布氏硬度计检定特点
由于布氏硬度计检定工作中其精确度高、压痕小、产品整体影响低且不受周边环境因素的影响而受到社会各界人士的关注，同时其广泛的应用在灰铸铁、钢材、铝合金等金属材料中，同时其实验数据稳定、重现性好、精度高的优势成为目前工作的主要手段。但是其在应用中也存在着一定的缺陷，这些缺陷主要有成品检验困难、试验过程复杂、测量操作繁琐的缺陷，因此在工作中要结合实际情况来进行选用。
3.布氏硬度计的误差分析
布氏硬度试验原理是用一定直径的硬质合金球，在规定的试验力作用下压入试件表面，经过一定的试验力保持时间后卸除试验力测量留在试件表面压痕直径，以压痕表面积所承受的平均压力来表示布氏硬度值。在布氏硬度试验中，凡是影响压痕产生及测量的因素，均造成测量误差，并影响布氏硬度值。以HB3000布氏硬度计为例，根据布氏硬度试验原理及布氏硬度公式对试验时产生测量误差做一分析。
布氏硬度公式如下：
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式中：HB-布氏硬度；F-试验力，单位N；S-压痕表面积，单位mm2：D-球压头直径，单位mm；h-压痕深度，单位mm；d-试件压痕直径，单位：mm。
通过布氏硬度试验原理图和公式可以看出影响布氏硬度值的主要因素有以下几种：
3.1载荷误差对硬度值的影响
通过布氏硬度公式和实践操作证明，试验力载荷误差超过±1.0%或不稳定就可造成硬度值出现较大误差。硬度值的变化与试验力误差成线性关系，试验力载荷偏离规定的数值，则压痕大小就会发生变化。试验力偏大，压痕就增大，硬度值就偏低；反之，硬度值则偏高。其对低硬度的影响较大，对高硬度的影响较小。造成试验力不准确的原因有：一是布氏硬度计的力点刀刃松动或载荷杠杆上的调整块位置不适当，排除方法是调整力点刀刃并拧紧或前后移动调整块位置达到标准试验力后固定紧。二是压缩弹簧锈蚀或布氏硬度计不平稳，解决办法是清洗生锈部位并上防护油或排除引起不平稳的因素。
3.2试验力加载速度及保持时间不规范对硬度值的影响
在加力过程中，从加力开始到全部试验力施加完毕时间应在2～8秒之间。试验力加载速度越慢，力的惯性越小，试件变形过程就有充分的时间，测得硬度值减小；随着试验力加载速度的增加，材料变形时间缩短，硬度值增大。造成试验力加载速度过快或过慢的主要原因是减速器用油粘度问题，应清洗减速器，更换减速器用油。
如果试验力保持时间较长，则试件变形越充分，压痕增大，硬度值减小；反之硬度值增大。为确保测量结果的统一和准确，最好采用金属布氏硬度试验标准进行，对于黑色金属，在中、高硬度时，试验力保持时间为10～15s，对有色金属，在中、低硬度时，试验力保持时间在28～32s。对于硬度较低的材料，硬度＜35HB，为使材料充分的塑性变形，保持时间在58～62s。
3.3钢球压头直径D及F/D2值对硬度值的影响
钢球压头直径大小与硬度值的变化成线性关系，钢球压头直径大，则压痕就大，所得硬度值偏低；相反，钢球压头直径小则硬度值偏高。旧的布氏硬度试验国家标准（GB231-63）中压头材料为淬火钢球，现在国家标准（GB231.1-2002）增加了硬质合金球（碳化钨钢球），从而使布氏硬度值的测量范围从原来＜450HB扩大到650HB。一般的淬火钢球压头硬度不够高时，当钢球压向试件时本身就会有变形，使压痕增大，硬度值变低。现在布氏硬度计多采用硬质合金球作为压头，因为碳化钨硬质合金钢球硬度与金刚石相近，压头变形很小，测试的硬度值更准确。从实际布氏硬度试验测试数据可以证明，同样的试件，淬火钢球压头测试的硬度值（HBS）比硬质合金球测试的硬度值（HBW）偏低。另一方面，压头表面粗糙度应不大于0.2μm，因为对硬度较低的金属测试时，当钢球压入试样时，会造成较大阻力，使压痕减小，影响测试结果，导致硬度值偏高。
3.4测距读数显微镜和压痕清晰程度对硬度值的影响
布氏硬度值一般是测量试件压痕直径后查表得出的，所以，测距读数显微镜的读数误差是造成布氏硬度值误差较大原因之一。读取布氏硬度压痕的相对误差会引起布氏硬度值两倍的误差。造成测距读数显微镜读取误差原因有：一是读数显微镜视场模糊影响压痕直径的测量。可用脱脂棉花蘸取少许酒精和乙醚的混合液擦洗透镜和分划板。但分划板不宜多洗，以免洗掉刻线。二是测量读数显微镜的刻度以标准刻度尺检查时误差过大。主要是物镜座与物镜管之间松动或其间垫圈已掉，改变了镜筒的长度。应该固紧物镜座或配上垫圈。其次是显微镜的放大倍数并不是越大越好，要选泽适当。试样压痕边缘出现的凹凸或圆滑过渡等情况，都可能增大压痕直径的测量误差。标准规定测量压痕直径最大误差应控制在±0.5%以内，则可有效地将布氏硬度值误差控制在最小范围内。
结束语
总之，在目前社会发展中，各产品在生产完成之后都离不开检定工作，尤其是金属产品，其检定尤为关键。布氏硬度计作为金属检定的主要手段，做好其误差控制至关重要，是促进社会经济持续发展的首要环节。
参考文献
[1]张荣，王军，柴俊彬.HB-3000布氏硬度计常见故障分析及排除[J].金属加工（热加工），2015，07：48-50.
[1]梁勇.HB-3000型布氏硬度计的常见故障及调修[J].中国计量，2007，05：82