ASTM E10 金屬材料布氏硬度的標準測試方法

美國材料與試驗協會 (ASTM) 制定的《ASTM E10 金屬材料布氏硬度標準試驗方法》標準描述了一種基於布氏壓痕硬度原理測定金屬材料布氏硬度的試驗方法。該標準規定了布氏試驗機的要求以及布氏硬度試驗的執行程序。

本測試方法包含對便攜式布氏硬度計的使用要求，此便攜式布氏硬度計應根據布氏硬度測試原理測量布氏硬度，並能夠滿足本測試方法的要求，包括對測試機進行直接和間接驗證。對於無法滿足直接驗證要求、只能透過間接驗證要求進行驗證的便攜式布氏硬度計，ASTM E110 對此進行了說明。

本標準還包括以下附加要求：

• 布氏硬度試驗機的驗證（附件A1）
• 布氏硬度標準化機器（附錄A2）
• 布氏硬度壓痕的標準化（附錄A3）
• 布氏硬度塊的標準化（附錄A4）

該標準還包括有關布氏硬度試驗的以下非強制性資訊：

• 布氏硬度值表（附錄X1）
• 確定布氏硬度不確定度的程序範例（附錄X2）

布氏硬度試驗是一種壓痕硬度試驗，可以提供有關金屬材料的有用資訊。這些資訊可能與金屬材料的抗拉強度、耐磨性、延展性或其他物理特性有關，可用於品質控制和材料選擇。布氏硬度試驗被認為是商業貨物驗收測試的理想選擇，並已在工業領域廣泛用於此目的。然而，在零件特定位置進行的布氏硬度試驗可能無法代表整個零件或最終產品的物理特性。

本標準概述了測定金屬和合金布氏硬度值的程序。布氏硬度試驗特別適用於測試質地粗糙或表面不規則的材料，例如鑄件和鍛造件。

測試時，將一個硬化鋼球或碳化鎢球（通常直徑為 10 毫米）以指定負載（例如 500 公斤力、1500 公斤力或 3000 公斤力）壓在材料表面。然後測量留在表面的壓痕直徑。布氏硬度值是根據載荷和壓痕的表面積計算得出的。

此測試的常見應用包括：

• 鑄造廠和金屬加工產業的品質控制
• 金屬機械性質的表徵
• 比較材料測試

由於以下重要原因，ASTM E10 標準被認為是必要的：

• 一致性與可重複性：定義布氏硬度試驗的統一程序。這可確保不同實驗室、操作員和設備獲得一致的結果，這對於品質保證和材料比較至關重要。
• 材料鑑定：用於驗證金屬是否符合設計標準、材料規格或採購訂單中規定的硬度要求。它在汽車、航空航天、建築和冶金等行業很常見。
• 品質控制：透過提供可靠的材料硬度檢查方法，幫助製造商監控生產品質。它可以檢測不當熱處理、合金缺陷或材料不一致等問題。
• 可追溯性和認證：符合 ASTM E10 標準，確保測試結果在規範、認證和工程文件中得到全球認可。這有助於滿足法規和合約要求。
• 適用於硬質材料：布氏硬度試驗特別適用於大顆粒金屬、鑄件和鍛造件，而洛氏硬度試驗等其他試驗則因表面不規則而無法很好地處理這些材料。
• 設計決策依據：硬度通常與抗拉強度、耐磨性和可加工性有關。 ASTM E10 標準提供了可靠的數據，可供工程師用於設計和評估元件。

布氏壓痕硬度試驗的一般原理包括兩個步驟。第一步，使壓痕沿著垂直於表面的方向與試樣接觸，並施加試驗力。保持規定的時間後，撤去試驗力。第二步，在至少兩個垂直方向上測量壓痕直徑。布氏硬度值由直徑測量值的平均值得出。

布氏硬度試驗設備通常由一台試驗機和一個系統組成，前者用於支撐試樣，後者向與試樣接觸的鋼球施加壓痕力；後者則根據布氏硬度試驗的原理測量壓痕的平均直徑。試驗機的設計應確保在施加力的過程中，壓頭或試樣不會發生搖動或橫向移動。試驗機的設計應確保施加在壓痕上的力均勻且無衝擊力。應採取預防措施，防止因係統慣性或液壓系統過衝等因素導致試驗力瞬間過高。

用於測量布氏壓痕直徑的測量裝置可以是硬度計的組成部分，也可以是獨立的設備。允許使用的測量裝置分為兩類。 A類儀器包括具有可移動測量線的顯微鏡，以及某種形式的顯示器、電腦化測量系統或影像分析系統。 B類儀器是一種帶有固定測量線的手持式顯微鏡。

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