[发明专利]一种圆柱状工件布氏硬度值获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种圆柱状工件布氏硬度值获取方法。

技术背景

圆柱体状工件如螺栓、圆钢等在进行布氏硬度检测时，需要在圆柱体上打磨出一个平面后再进行硬度检测，否则得出的硬度值偏离实际值较大，尤其在圆柱体工件直径较小的情况下，即使采用长短轴平均法，这种偏差值也较大。为了提高检测布氏硬度检测效率，有必要在不打磨平面的情况下直接进行布氏硬度检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种测试方便、结果准确、且检测效率高的圆柱状布氏硬度值获取方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种圆柱状工件布氏硬度值获取方法，其包括如下步骤：

1）直接对圆柱状工件不打磨平面进行布氏硬度检测，将半径为r的淬火钢球压入圆柱体工件，压入时施加的载荷为P；

2） 用积分法求半径为r的钢球压入圆柱状工件时的压痕面积，设压痕面积为F；

3） 根据布氏硬度定义求布氏硬度值，则布氏硬度值HB=P/F。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明方法减少了圆柱状工件进行布氏硬度检测的工序，提高了检测效率。本方法采用了积分法对压痕面积直接求解，再按布氏硬度定义对该工件的布氏硬度值进行计算，得出工件的布氏硬度，与打磨平面后进行硬度值检测结果吻合较好。且符合GB/T231.1-2009《金属材料 布氏硬度试验 第1部分 试验方法》要求。

说明书附图

 图1是布氏硬度检测原理图（即检测时的示意图）；

图2是从圆柱状工件端面（即圆柱端面）看到的压痕的示意图；

图3是从切面方向看压痕边界线的示意图；

图4是求椭圆短轴b时建立的坐标系。

具体实施方式

本发明方法的原理和具体方法如下：

选择一定的载荷P，把半径为r的淬火钢球压入试件表面并保持一定时间，然后卸去载荷，测量钢球在试样表面压出的压痕直径d，计算出压痕面积F，算出载荷P与压痕面积的比值，这个比值所表示的硬度就是布氏硬度，用符号HB表示。布氏硬度的测量原理如图1所示。在平面工件上，设压痕的深度为T，布氏硬度值由式（2）求得：

当工件为圆柱体时，压痕不是球冠，不能按式（1）求取压痕面积，需另外求解。球压入柱面后，俯视压痕为椭圆形，令椭圆长轴为2a,该数值可以直接用读数显微镜读取，椭圆短轴为2b。

为方便计算压痕面积，在距离淬火钢球圆心x处，沿钢球压入方向和圆柱体轴线平行的平面切去多余圆柱，该平面即切面，形成的截面轮廓线为开口圆形。

参见附图2和附图3，

设：圆柱半径为:R

淬火钢球半径为:r

淬火钢球压入圆柱体深度为:T

切面切得的圆弧长（图3中加粗线）为：L

根据以上条件：

压入深度：

为求b、hx，令圆柱体圆心与钢球球心连线为x轴，建立两圆的方程，求取交点纵坐标，即为b,两圆与直线y=x(此x为0~b间某一定值)交点的横坐标差值即为hx。求解图如图4所示。

两圆方程为

得

球被切面所截得的圆半径rx

rx=

图3中粗线部分的圆弧长L（默认余弦值为角度时）:

当用图2加黑所示的一宽为dx，长为图3弦长的积分表示面积时，需要将dx方向进行方向变换，使积分方向正对钢球球心。

则压痕面积s：

将式（3）、（4）、（5）、（6）、（7）、（8）代入式（9）可求得压痕面积S。

S=int(2*(r^2-x^2)^(1/2)*acos((-(R^2-x^2)^(1/2)+R+(r^2-a^2)^(1/2))/(r^2-x^2)^(1/2))/(1-x^2/r^2)^(1/2),x)

由于S形式复杂，没有有效的解析表达式，但可以通过数值解法获取具体数值下的压痕面积，通过压痕面积求得布氏硬度值。

也可通过求得的面积，代入球半径为r的球冠面积面积公式求最大开口部分圆的半径为a1，并根据a1值查表求得布氏硬度值，两种方法得到的数值一致。