張 錦，李 濱，楊金龍，翟惠斌，馬榮華，王 明，南 劍，賈成璽

（1.共享裝備股份有限公司檢測中心（寧夏先進鑄造重點實驗室），寧夏 銀川 750021；2.寧夏特種設備檢驗檢測院，寧夏 銀川 750001）

PHB 錘擊硬度計采用C 型架實現(xiàn)靜態(tài)布氏硬度計功能，即PHB-150 便攜布氏硬度計，如圖1 所示，采用錘擊方式施力時可實現(xiàn)動態(tài)功能，即PHB-1 型錘擊硬度計，如圖2 所示。此儀器采用布氏硬度試驗原理，通過靜態(tài)或錘擊方式施加試驗力F=1 580 kg，壓頭球面直徑D=7.26 mm，F(xiàn)/D2值等于30，根據(jù)布氏硬度試驗的相似性原理，試驗結果等效于標準的3 000 kg 力，10 mm 球的布氏硬度測試條件。作為錘擊硬度計F=1 580 kg 時受到?jīng)_擊的剪切銷才能被沖斷，此時F/D2值等于30，測量檢測面上留下的壓痕直徑查表可得到布氏硬度值，測示誤差±5%，如果剪切銷沒有沖斷檢測視為無效。本文通過此硬度計的實際檢測結果比對來說明此硬度計的檢測準確性、適應的檢測范圍。

1 試驗材料和試樣制備

利用鑄鋼GP280GH、B50A178H、ZG06Cr13Ni4Mo及鑄鐵等材料的試塊加工成大約150 mm×80 mm×60 mm 矩形試塊，經(jīng)銑平、拋光至滿足布氏硬度檢測標準要求后進行HB-3000、PHB 錘擊及HRC 錘擊硬度（老式錘擊）檢測對比。

圖1 便攜式布氏硬度計

圖2 錘擊式布氏硬度計

2 不同硬度計不同硬度標塊檢測對比

參考GB/T 231.1-2018《金屬材料布氏硬度試驗第1 部分：試驗方法》及JJG150-2005 金屬布氏硬度計檢定規(guī)程，需對HBW≤125、125＜HBW≤225、HBW＞225 的布氏硬度標準塊進行示值檢測，誤差允許值如表1；選擇不同硬度值范圍的標準布氏硬度塊，用HB-3000 型布氏硬度計對不同硬度標塊檢測，檢測誤差均符合JJG150 檢定規(guī)程要求，如表1；相同標塊分別使用PHB 錘擊硬度計和HRC老式錘擊硬度計檢測，在JJF1595-2016 攜帶式布氏硬度計校準規(guī)范要求的175～225 硬度值范圍內，誤差附合此規(guī)范的±8%要求，并符合JJG150 布氏硬度計檢定規(guī)程要求，低于JJF1595 范圍的標塊如115HBW 的標塊檢測嚴重超差，但高于JJF1595 范圍的標塊檢測合格并附合JJG150 布氏硬度計檢定規(guī)程要求，比較明顯的是在低范圍硬度偏低嚴重；HRC 錘擊布氏硬度計整體誤差高于PHB 錘擊硬度計，檢則結果及誤差如表1.

表1 各硬度計標準試塊示值檢查表

3 實際試樣檢測及結果討論：

3.1 鑄鋼材料檢測結果分析

對準備好的各鑄鋼材料各硬度范圍的試塊分別用HB-3000 標準布氏硬度計、PHB 錘擊布氏硬度計、HRC 錘擊布氏硬度計進行檢測，以及以HB-3000 標準布氏硬度計檢測結果為基準計算差值及相對誤差，如表2.并以表2 數(shù)據(jù)作各硬度計檢測波動圖如圖3，相對HB-3000 標準布氏硬度計誤差如圖4.

表2 及圖3、圖4 說明，PHB 錘擊硬度計同HB-3000 值相比，在低硬度值范圍誤差相對高一些，在中高硬度范圍誤差相對較小，同以上標塊示值檢測結果一致；對于HRC 錘擊硬度計在中等范圍硬度區(qū)誤差較小，低及高硬度范圍誤差相對較高，如果均以HB-3000 標準布氏硬度值HBW 作為基準，按照JJF1595-2016 攜帶式布氏硬度計校準規(guī)范判定，兩種錘擊硬度計相對誤差均小于允許誤差±8%；PHB 垂擊硬度計同HB-3000 的相對誤差小于±5%，同說明書一致，并且遠小于HRC 錘擊硬度計同HB-3000 的誤差，從而說明了PHB 錘擊硬度計優(yōu)于HRC 錘擊硬度計。

表2 鑄鋼材料布氏硬度計（HBW）、PHB 錘擊布氏硬度計、HRC 錘擊硬度計實際檢測值及相對誤差

圖3 鑄鋼各硬度計檢測波動圖

圖4 鑄鋼PHB、HBC 硬度計檢測相對HBW 誤差波動圖

3.2 鑄鐵材料檢測結果分析

圖5 鑄鐵各硬度計檢測波動圖

表3 鑄鐵材料HB-3000、PHB、HRC 硬度計實際檢測值及相對HBW 誤差

圖6 鑄鐵PHB、HBC 硬度計檢測相對HBW 誤差波動圖

對于鑄鐵只檢測了150-200 以內的球鐵和灰鐵，測試結果如表3、圖5 及圖6.結果表明PHB 錘擊硬度計、HRC 錘擊硬度計如果均以HB-3000 標準布氏硬度值作為基準，按照JJF1595-2016 攜帶式布氏硬度計校準規(guī)范判定，兩種錘擊硬度計相對誤差均小于此規(guī)范允許誤差±8%；PHB 垂擊硬度計同HB-3000 標準布氏硬度計HBW 的相對誤差大多小于±1.5%，并且小于HRC 錘擊硬度計同HBW 值的相對誤差，仍說明了PHB 錘擊硬度計優(yōu)于HRC 鍾擊硬度計。

表3 鑄鐵檢測結果與表2 鑄鋼檢測結果相比，檢測鑄鐵PHB 的檢測誤差與檢測鑄鋼差別不大，檢測鑄鐵使用老式HRC 錘擊硬度計的檢測誤差比檢測鑄鋼的相對小，可能是鑄鐵吸震性好。

4 實際檢測存在的問題

4.1 檢測結果有效性分析

上述是針對上下面平行的試塊進行檢測，但實際鑄件檢測面不一定全部為上下面平行的件，有的檢測面傾斜，有的檢測面?zhèn)攘?，如檢測方向同檢測面有等形式，當沖擊方向垂直（↓）檢測面時PHB 硬度計的剪切銷容易被擊斷，檢測有效，此種情況因為用的力較大，控制不好有時也容易擊到手，但檢測方向同檢測面是其他形式時傾斜角越大剪切銷越不容易被擊斷，檢測無效。

4.2 PHB 錘擊布氏硬度計檢測結果誤差分析

由于屬于動載檢測，盡管所受力F/D2值等于30，同布氏硬度原理一樣，但屬瞬時受力，沒有一定的保持時間，會對結果有影響，另外對壓痕的測量是采用20 倍讀數(shù)顯微鏡，來自顯微鏡的示值誤差及測量誤差均影響最終結果，另外受剪切銷的質量影響也會造成誤差。

PHB 錘擊布氏硬度計同老式HRC 錘擊布氏硬度計相比，誤差仍明顯減小，主要原因老式錘擊硬度計是利用作用力和反作用力相等原理，擊打在標塊條上的壓痕同擊打在試件上的壓痕大小相比較計算硬度值，如果標塊硬度值是HB1，標塊上壓痕直徑是d1，試件上硬度HB 計算如公式（1）：

誤差來源較大，試件和標塊壓痕測量，標塊上標定值準確性等，誤差累積較多，作用力的方向不好控制為垂直方向，力不能準確控制在F/D2等于30.另外查表，表中試件上直徑與標塊上直徑均是一位小數(shù)，而實際測量均是2 位小數(shù)，這樣取舍計算均不是非常準確，造成的誤差也會較大。

圖5、圖6 還表明，PHB 錘擊布氏硬度計同HRC 老式錘擊布氏硬度計相比，誤差波動范圍相對減小，是因為PHB 錘擊布氏硬度計有沖擊頭套筒，沖擊方向相對固定性好，在原理上又保證F/D2值等于30，所以相對準確性要高。

4.3 材料不同對硬度值誤差的影響分析

圖3、圖4 表明PHB 錘擊布氏硬度計在低硬度范圍偏低，誤差較大，中高硬度范圍誤差相對較??；而HRC 老式錘擊布氏硬度計在中等硬度范圍誤差相對較小，低、高硬度范圍誤差相對較大。無論是PHB 錘擊布氏硬度計還是HRC 老式錘擊硬度計測115HBW 的標準布氏標塊硬度值均偏低，原因之一是按照GB/T231.1-2018《金屬材料布氏硬度試驗》及JJG150 金屬布氏硬度計檢定規(guī)程、JJG747 金屬布氏標塊檢定規(guī)程，低于140 HB 的硬度及低于125 HB 的標塊均要求采用10D2的力，而PHB 是采用30 D2的力，HRC 所用力無法量化，這也是檢測誤差大的原因之一。

圖7 為著名的梅涅爾定律曲線，是采用直徑10mm 的壓頭，三種不同材料隨布氏硬度計力變化的曲線，可看出在低負荷作用力下，不同材料壓痕直徑變化不大，硬度值變化不大，隨力增加不同材料壓痕直徑差別增大，硬度值差別就增大，根據(jù)這一原理檢測的材料如果同PHB 或HRC 錘擊硬度計換算表中研究的材料差別較大，硬度值同真值就會有偏差，此圖也可說明相同材料受力不同，壓痕直徑不同，硬度不同。

圖7 壓痕直徑與試驗力關系曲線

PHB 硬度計原理上是動載試驗，保證瞬時力為1 580 kg 時剪切銷斷裂，沒有停留時間，盡管保證了F/D2值等于30，但同一材料特別是低硬度的材料，基體較軟，檢測時又不可能完全保證沖擊方向垂直檢測面，壓入角會有偏差、沖擊速度也會影響力的作用時間，均會造成壓入的深度不一樣，壓痕直徑不一樣，如果材料軟壓入深，直徑大，硬度會偏低，布氏硬度一般規(guī)定壓痕直徑在0.24D～0.6D 之間才有效，如圖8 是三種硬度不同的材料均采用10 mm直徑的壓頭，不同作用力下壓入角不同壓痕直徑不同，硬度會出現(xiàn)差異，即使壓痕直徑在0.24D～0.6D之間硬度也會有偏差，同時圖8 也說明了不同硬度范圍的材料要選擇不同的實驗力，高硬度范圍要用圖8 中的①②力加載硬度偏差就大，低硬度范圍用圖8 中③的力加載硬度偏差就大。

圖8 布氏硬度值與壓入角關系

錘擊硬度計力的大小及保持時間不好控制，特別是老式HRC 錘擊硬度計，這樣誤差就會較大。

5 結論

PHB 錘擊硬度計以及老式HRC 錘擊硬度計，按照JJF1595-2016 攜帶式布氏硬度計校準規(guī)范對（175～225）HBW 值范圍的標塊進行校準，檢測誤差均符合校準規(guī)范允許誤差±8%要求，對于太低的標塊如表1 標定值為115 的標塊檢測誤差較大，相對誤差≥13%，均不符合JJF1595 要求。

實際產(chǎn)品檢測，PHB 錘擊硬度計同HB-3000的相對誤差小于±5%，同說明書一致，并且遠小于HRC 錘擊硬度計同HB-3000 的誤差，從而說明了PHB 錘擊硬度計優(yōu)于HRC 老式錘擊硬度計。

PHB 錘擊布氏硬度計誤差小的主要原因是設備有沖擊頭套筒，沖擊方向相對固定，在原理上又保證F/D2值等于30，誤差來源相對于HRC 錘擊硬度計較少。

低于140 HB 的硬度及低于125 HB 的標塊均要求采用10D2的力，而PHB 是采用30D2的力，HRC 所用力無法量化，這也是檢測誤差大的原因。