巴氏Barcol硬度计.docx
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巴氏Barcol硬度计
巴氏(Barcol)硬度计
1.原理
巴氏硬度计(巴柯尔硬度计)是一种压痕式硬度计,它以特定压头在标准弹簧的压力作用下压入试样表面,以压痕的深浅表征试样硬度的高低。
巴氏硬度计有100个分度,每个分度单位代表压入0.0076mm的深度。
压入越深,读数越高,材料越硬。
巴氏硬度公式为:
hba=100-l/0.0076
式中:
hba—巴氏硬度符号;l—压痕深度(mm);0.0076—单位硬度值代表的压痕深度(mm)。
2.特点
*简单轻便。
仪器小巧轻便,可单手操作,在任何场合,只要伸手可及,均可测试。
*测量范围宽。
典型产品934—1型既可测试很软的纯铝,又可测试很硬的超硬合金,有效测量范围相当于布氏硬度25~135hbw。
*应用面广。
巴氏硬度计有多种型号,可分别测试铝及铝合金、锌、铅、锡、玻璃钢、塑料、橡胶、皮革、木材等。
*无需支撑。
只接触试样一侧即可测试,无需移动或支撑试样,适于测试超大、超厚工件或组装件。
*换算方便。
可方便地通过查表将测量值换算成布氏、维氏、洛氏、韦氏等硬度值。
3.应用
*巴氏硬度计主要用于测试铝及铝合金。
测试铝型材、板材、管材、棒材及铝合金铸件、锻件、机械加工零件,测试超厚铝合金材料及组装后的铝合金制品(例如铝合金门窗、幕墙、消防梯等)。
相关标准:
astmb648《巴柯尔硬度计测量铝合金硬度的试验方法》。
*巴氏硬度计的另一主要应用是用于测试玻璃钢(玻璃纤维增强塑料)和硬塑料。
大部分玻璃钢制品的产品标准中都要求测试巴氏硬度。
相关标准:
gb/t3854—2005《增强塑料巴柯尔硬度试验方法》、astmd2583—07《巴氏硬度计测量硬塑料压痕硬度的试验方法》。
*巴氏硬度计的改进型935—1、936—1可用于测试很软的金属、软塑料、皮革、橡胶、木材等。
金属布氏硬度测量结果不确定度的评定
1 被测对象
满足gb/t231.1—2002金属布氏硬度国家标准要求的金属材料硬度试样
使用hb-3000型布氏硬度计,检定证书给出urel=0.68% k=2
2 引用文献
jjf1059—1999 测量不确定度评定与表示
jjg147—1991 标准布氏硬度块检定规程
gb/t231.1—2002 金属布氏硬度试验第一部分:
试验方法
3 环境条件
硬度计在下列条件下检定并正常工作:
1) 室温10℃~35℃;
2) 环境清洁,无震动;周围无腐蚀性气体;
3) 安装在稳固的基础上,并调至水平。
4 测量基准
采用二等标准硬度块。
根据jjg2005—1987和jjg147—1991判断,本文中的硬度范围内标准硬度块的示值误差应为:
△≤±1.5%
5 测量过程
根据gb/t231.1—2002,在20℃±2℃环境条件下,借助检定合格的hb—3000型布氏硬度计和(53×15)mm读数显微镜,加载条件为选用压头直径为d=5mm的硬质合金球,试验力为7355n(0.102×f/d2=30),保荷时间为15秒,对两种硬度值水平的硬度试样,各测20个点,各得到一个测量列,结果见下表1。
表1 不同检测人员连续测量五次所得结果hbw值
检测人员
第一人
第二人
测定次数
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
高b1样hbw5/750
(hb值)
325
325
317
321
315
311
323
319
311
321
低b2样hbw5/750
(hb值)
161
165
165
164
167
165
161
163
164
164
检测人员
第三人
第四人
测定次数
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
高b1样hbw5/750
(hb值)
313
311
311
315
325
321
323
321
311
313
低b3样hbw5/750
(hb值)
166
167
165
161
163
164
163
161
164
167
6 评定结果的使用
在室温条件下测量结果,一般可直接使用本不确定度的评定结果。
7 数学模型
(1)
8 标准不确定度分量的评定
8.1不同检测人员重复测量hb值所引起的相对标准不确定度分量
本评定在此岗位操作的四位检测人员,按gb/t231.1—2002标准规定的方法,硬质合金的直径为5mm,试验力为7355n(0.102×f/d2=30),保荷时间为10~15秒,分别对满足标准的(b1b2)两类试样进行重复测定五次,结果见表1:
计算公式如下:
布氏硬度总平均值:
=
每一组测量标准差:
s=
测量过程稳定,对样本标准偏差进行合并:
测试结果是观测列hbi中的任一次值,所以该标准不确定度分量为:
,=sp
表2 统计计算结果
统计结果
b1
b2
总平均值
318
164
试验标准差sp
5.38
2.13
人员重复性试验
5.38
2.13
8.2硬度试验机所引入的不确定度分量ue
根据jjg150-2005其示值最大允许误差和示值重复性符合表3。
表3 硬度计示值最大允许误差和示值重复性(jjg150-2005)
硬度范围
(hbw)
示值最大允许误差
示值重复性
≤125
±3
≤3.5
125<hbw≤225
±2.5
≤3
>225
±2
≤2.5
示值重复性最大允许差可以看作为重复性限。
采用b类方法进行评定
所以对于b1试样:
硬度值水平示值重复性≤2.5%ue=
所以对于b2试样:
硬度值水平示值重复性≤3%ue=
8.3布氏硬度标准块引入的不确定度分量ucrm
在检定硬度试验机时,布氏硬度标准块所引起的标准不确定度分量也会传递到测试结果中,国家计量部门给出了所使用标准块的扩展不确定度:
337hbw5/750 urel=0.7%;
199hbw5/750 urel=0.7% k=2
所引入的不确定度分量ucrm(hb)=
=
=0.35%
所以对于b1试样:
ucrm=337x0.35%=1.18
所以对于b2试样:
ucrm=164x0.35%=0.57
8.4压痕测量分辨力引起的标准不确定度分项
式中:
—灵敏系数;
—分辨力。
由
式中:
hb—硬度值;
d-压头钢球直径,mm;
d- 压痕直径,mm。
已知压痕测量装置能分辨压痕直径的0.5%
对于b1试样:
d=5mm; d=1.708mm;ms=0.0085mm;
=372.36
ums=3.17
对于b2试样:
d=5mm d=2.345mm;ms=0.0117mm;
=148.96
ums=1.74
8.5用标准硬度块进行检定时平均值的标准不确定度分项
的评定
表4. 布氏硬度实测值 hbw
硬度值水平
1
2
3
4
5
平均值
337hbw
339
339
339
341
341
339.8
202hbw
203
203
204
203
204
203.4
用标准硬度块进行检定时平均值的标准不确定度按下式计算:
标准偏差及
的计算结果见表5
表5 标准偏差及
的计算结果
硬度值水平
337hbw
202hbw
标准偏差
hbw
0.858
0.429
hbw
0.384
0.192
8.6测量结果进行数值修约所导致的不确定度分量uoff
由gb/t231.1—2002标准,当布氏硬度测量结果大于等于100时,修约间隔δx=1,所以引入的不确定度分量是:
u0ff=0.29δx=0.29
9 合成标准不确定度的计算
表6 输入量的标准不确定度汇总表 hbw
标准不确
定度分量
不确定度来源
标准不确定度
b1318hbw硬度水平
b2 164hbw硬度水平
试样硬度测量重复性
5.37
2.13
硬度计误差
2.81
1.74
标准硬度块
1.18
0.57
压痕测量分辨力
3.17
1.74
检定时平均值
0.384
0.192
urou
数据修约
0.29
0.29
输入量彼此独立不相关,所以合成标准不确定度可按下式计算:
318hbw硬度值水平:
(hbw)
hbw
164hbw硬度值水平:
(hbw)
hbw
10 扩展不确定度的评定
扩展不确定度u为合成标准不确定度uc与所选择的包含因之k之积,k的选择是以区间有关的理想置信水平为依据的,通常选区2--3。
k=2时,区间的置信概率p约为95% 扩展不确定度可用如下公式进行计算,k=2,
ur=kuc(hb)=2uc(hb)
对于b1试样:
u=kuc=2×6.96=13.9
14
对于b2试样:
u=kuc=2×3.42=6.84
7
11 测量不确定度报告
根据上述的评定,评定报告是:
对于b1试样:
318hbw5/750 u=12 k=2
对于b2试样:
164hbw5/750 u=6 k=2
其意义是:
对b1试样而言,可以期望在(318-14)至(318+14)的区间包含了布氏硬度hbw测量结果,可能值的95%。
对b2试样而言,可以期望在(164-7)至(164+7)的区间包含了布氏硬度hbw测量结果,可能值的95%。
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