布氏硬度试验规范及适用范围解析

布氏硬度试验法是用直径为D 的硬质合金球，在规定试验力F 的作用下压入被测试金属的表面，停留一定时间(试验力保持时间为10 ～15 s)后卸除载荷，然后测量被测试金属表面上所形成的压痕平均直径d (如图1-7 所示)，由此计算压痕的表面积，进而求出压痕在单位面积上所承受的平均压力值，以此作为被测试金属的布氏硬度值，即

图1-7　布氏硬度实验原理示意图

式中，D——硬质合金球直径，单位mm；

F——试验力，单位N；

d——压痕平均直径，d ＝(d1 ＋d2)/ 2，单位mm；

d1，d2——在两相互垂直方向测量的压痕直径，单位mm；

常数——1/gn ＝1/0.866 5≈0.102；

gn——标准重力加速度。

当试验力F 与球体直径D 一定时，硬度值只与压痕直径d 的大小有关。D 越大，压痕面积越大，则布氏硬度值越小； 反之，d 越小，硬度值越大。测得的布氏硬度值用HBW表示。

布氏硬度HBW 表达方法举例:

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1.布氏硬度试验条件的选择

由于金属材料有软有硬，被测工件有薄有厚，尺寸有大有小，如果只采用一种标准的试验力F 和压头直径D，就会出现对某些材料和工件不适应的现象。因此，国标规定了常用布氏硬度试验规范。在进行布氏硬度试验时，可根据被测试金属材料的种类、硬度范围和试样厚度，选用不同的压头直径D 和试验力F，建立F 和D 的某种选配关系，以保证布氏硬度的可比性，如表1-1 所示不同条件下的试验力。^[1]

表1-1　不同条件下的试验力

续表

试验力的选择应保证压痕直径在0.24D～0.6D。

试验力-压头直径平方的比率(0.102F/D2比值)应根据材料和硬度值选择，见表1-2。为了保证在尽可能大的有代表性的试样区域试验，应尽可能地选取大直径压头。当试样尺寸允许时，应优先选用直径10mm 的球压头进行试验。

表1-2　不同材料的试验力-压头球直径平方的比率

2.布氏硬度特点与应用

布氏硬度测试因压痕面积较大，能反映出较大范围内被测试金属的平均硬度，测量数据稳定； 可测量组织粗大或组织不均匀材料(如铸铁)的硬度值； 布氏硬度与抗拉强度之间存在一定的关系，可根据其值估计出材料的强度值。布氏硬度测试主要用于原材料或半成品的硬度测量，如测量铸铁、非铁金属(有色金属)、硬度较低的钢(如退火、正火、调质处理的钢)。但是不宜测量较高硬度的材料(布氏硬度测量时，材料的硬度值必须＜650 HBW)；因压痕较大，则不宜测试成品或薄片金属的硬度。