ASTM E10 金属材料布氏硬度的标准测试方法

美国材料与试验协会 (ASTM) 制定的《ASTM E10 金属材料布氏硬度标准试验方法》标准描述了一种基于布氏压痕硬度原理测定金属材料布氏硬度的试验方法。该标准规定了布氏试验机的要求以及布氏硬度试验的执行程序。

本测试方法包含对便携式布氏硬度计的使用要求，该便携式布氏硬度计应根据布氏硬度测试原理测量布氏硬度，并能够满足本测试方法的要求，包括对测试机进行直接和间接验证。对于无法满足直接验证要求、只能通过间接验证要求进行验证的便携式布氏硬度计，ASTM E110 对此进行了说明。

本标准还包括以下附加要求：

• 布氏硬度试验机的验证（附件A1）
• 布氏硬度标准化机器（附录A2）
• 布氏硬度压痕的标准化（附录A3）
• 布氏硬度块的标准化（附录A4）

该标准还包括有关布氏硬度试验的以下非强制性信息：

• 布氏硬度数值表（附录X1）
• 确定布氏硬度不确定度的程序示例（附录X2）

布氏硬度试验是一种压痕硬度试验，可以提供有关金属材料的有用信息。这些信息可能与金属材料的抗拉强度、耐磨性、延展性或其他物理特性有关，可用于质量控制和材料选择。布氏硬度试验被认为是商业货物验收测试的理想选择，并已在工业领域广泛用于此目的。然而，在零件特定位置进行的布氏硬度试验可能无法代表整个零件或最终产品的物理特性。

本标准概述了测定金属和合金布氏硬度值的程序。布氏硬度试验特别适用于测试质地粗糙或表面不规则的材料，例如铸件和锻件。

测试时，将一个硬化钢球或碳化钨球（通常直径为 10 毫米）以指定载荷（例如 500 千克力、1500 千克力或 3000 千克力）压在材料表面。然后测量留在表面的压痕直径。布氏硬度值是根据载荷和压痕的表面积计算得出的。

该测试的常见应用包括：

• 铸造厂和金属加工行业的质量控制
• 金属机械性能的表征
• 比较材料测试

由于以下重要原因，ASTM E10 标准被认为是必要的：

• 一致性和可重复性：定义布氏硬度试验的统一程序。这可确保不同实验室、操作员和设备获得一致的结果，这对于质量保证和材料比较至关重要。
• 材料鉴定：用于验证金属是否符合设计标准、材料规格或采购订单中规定的硬度要求。它在汽车、航空航天、建筑和冶金等行业很常见。
• 质量控制：通过提供可靠的材料硬度检查方法，帮助制造商监控生产质量。它可以检测诸如不当热处理、合金缺陷或材料不一致等问题。
• 可追溯性和认证：符合 ASTM E10 标准，确保测试结果在规范、认证和工程文档中得到全球认可。这有助于满足法规和合同要求。
• 适用于硬质材料：布氏硬度试验特别适用于大颗粒金属、铸件和锻件，而洛氏硬度试验等其他试验由于表面不规则而不能很好地处理这些材料。
• 设计决策依据：硬度通常与抗拉强度、耐磨性和可加工性相关。ASTM E10 标准提供了可靠的数据，可供工程师用于设计和评估组件。

布氏压痕硬度试验的一般原理包括两个步骤。第一步，使压痕沿垂直于表面的方向与试样接触，并施加试验力。保持规定的时间后，撤去试验力。第二步，在至少两个垂直方向上测量压痕直径。布氏硬度值由直径测量值的平均值得出。

布氏硬度试验设备通常由一台试验机和一个系统组成，前者用于支撑试样，后者向与试样接触的钢球施加压痕力；后者则根据布氏硬度试验的原理测量压痕的平均直径。试验机的设计应确保在施加力的过程中，压头或试样不会发生摇动或横向移动。试验机的设计应确保施加在压痕上的力均匀且无冲击力。应采取预防措施，防止因系统惯性或液压系统过冲等因素导致试验力瞬间过高。

用于测量布氏压痕直径的测量装置可以是硬度计的组成部分，也可以是独立的设备。允许使用的测量装置分为两类。A类仪器包括带有可移动测量线的显微镜，以及某种形式的显示器、计算机化测量系统或图像分析系统。B类仪器是带有固定测量线的手持式显微镜。

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