什么是布氏硬度 HB 布氏硬度計
布氏硬度計（臺式硬度計）主要用于組織不均勻的鍛鋼和鑄鐵的硬度測試，鍛鋼和灰鑄鐵的布氏硬度與拉伸試驗有著較好的對應(yīng)關(guān)系。布氏硬度試驗還可用于有色金屬和軟鋼，采用小直徑球壓頭可以測量小尺寸和較薄材料。布氏硬度計多用于原材料和半成品的檢測，由于壓痕較大，一般不用于成品檢測。采用布氏硬度(BRINELL)測量原理，可進行布氏硬度測量，適用于未經(jīng)淬火鋼、鑄鐵、有色金屬及質(zhì)地較軟的軸承合金等材料。具有測試精度高，測量范圍寬，試驗力自動加載、自動保持計時、自動卸載等特點。可廣泛應(yīng)用于計量、機械制造、冶金、建材等行業(yè)的檢測、科研與生產(chǎn)。
布氏硬度計（GB/T231.1—2002）
布氏硬度計原理
對直徑為D的硬質(zhì)合金壓頭施加規(guī)定的試驗力，使壓頭壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定的保持時間后，除去試驗力，測量試樣表面的壓痕直徑d，布氏硬度用試驗力除以壓痕表面積的商來計算。
圖1布氏硬度試驗原理
HB =F / S ……………… (1-1)
=F / πDh ……………… (1-2)
=0.102×2F / πDh（D－ ） ……………… （1-3）
式中：F —— 試驗力，N；
S —— 壓痕表面積，mm；
D —— 球壓頭直徑，mm；
h —— 壓痕深度， mm；
d —— 壓痕直徑，mm
布氏硬度計的特點：
布氏硬度試驗的優(yōu)點是其硬度代表性好，由于通常采用的是10mm直徑球壓頭，3000kg試驗力，其壓痕面積較大，能反映較大范圍內(nèi)金屬各組成相綜合影響的平均值，而不受個別組成相及微小不均勻度的影響，因此特別適用于測定灰鑄鐵、軸承合金和具有粗大晶粒的金屬材料。它的試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，精度高于洛氏，低于維氏。此外布氏硬度值與抗拉強度值之間存在較好的對應(yīng)關(guān)系。
布氏硬度試驗的缺點是壓痕較大，成品檢驗有困難，試驗過程比洛氏硬度試驗復(fù)雜，測量操作和壓痕測量都比較費時，并且由于壓痕邊緣的凸起、凹陷或圓滑過渡都會使壓痕直徑的測量產(chǎn)生較大誤差，因此要求操作者具有熟練的試驗技術(shù)和豐富經(jīng)驗，一般要求由專門的實驗員操作。
布氏硬度計的應(yīng)用
布氏硬度計主要用于組織不均勻的鍛鋼和鑄鐵的硬度測試，鍛鋼和灰鑄鐵的布氏硬度與拉伸試驗有著較好的對應(yīng)關(guān)系。布氏硬度試驗還可用于有色金屬和軟鋼，采用小直徑球壓頭可以測量小尺寸和較薄材料。布氏硬度計多用于原材料和半成品的檢測，由于壓痕較大，一般不用于成品檢測。
布氏硬度試驗條件的選擇如同洛氏硬度試驗關(guān)于標(biāo)尺的選擇一樣，布氏硬度試驗也要遇到試驗條件的選擇問題，即試驗力F和壓頭球直徑D的選擇。這種選擇不是任意的，而是要遵循一定的規(guī)則，并且要注意試驗力和壓頭球直徑的合理搭配，應(yīng)用起來比洛氏硬度試驗略顯復(fù)雜。布氏硬度試驗*常用的試驗條件是采用10mm直徑的球壓頭，3000kg試驗力。這一條件*能體現(xiàn)布氏硬度的特點。但是由于試樣材質(zhì)不同，硬度不同，試樣大小，薄厚也不同，一種試驗力，一種壓頭自然不能滿足要求。在試驗力和壓頭球直徑的選擇方面需要遵循的規(guī)則有2個。
1.4.1規(guī)則一，要使試驗力和球壓頭直徑的平方之比為一個常數(shù)。即
F/D2=F1/D12 = F2/D22 =K ………… ?。ǎ保矗?br> 
圖1-2布氏硬度壓痕相似原理
這個規(guī)則來源于相似律。根據(jù)相似律，在圖１－２中不同直徑的球壓頭D1、D2在不同的試驗力F1、F2作用下壓入試樣表面，壓痕直徑d1、d2是不同的，但是只要壓入角?1、?2相同，壓痕就具有相似性。這時試驗力和壓頭球直徑的平方之比就是一個常數(shù)。在這種條件下，采用不同的試驗力和不同直徑的球壓頭，在同一試樣上測得的硬度值是相同的，在不同的試樣上測得的硬度值是可以相互比較的。試驗力與壓頭球直徑平方之比在采用公斤力的舊標(biāo)準(zhǔn)中表示為F/D2，在采用牛頓力的新標(biāo)準(zhǔn)中表示為0.102F/D2。
1.4.２規(guī)則二，試驗后要使壓痕直徑處于以下范圍：
0.24D < d < 0.6D ………… （１－５）
否則試驗結(jié)果是無效的,應(yīng)選擇合適的試驗力重新試驗。人們的大量試驗表明，當(dāng)壓頭直徑在0.24D~0.6D之間時，測得的硬度值與試驗力大小無關(guān)。布氏硬度試驗可選擇的試驗力從3000kg到1kg大約有20個級別。布氏硬度試驗可選擇的壓頭直徑為10mm、5mm、2.5mm、1mm共4種。布氏硬度試驗可選擇的0.102F/D2值為30、15、10、5、2.5、1共6種。
標(biāo)準(zhǔn)GB/T231.1—2002中規(guī)定的試驗條件如表1－1所示。
表1－1布氏硬度試驗條件
| 硬度符號 | 球直徑D/mm | 試驗力－壓頭球直徑平方的比率0.102F/D2 | 試驗力F/N |
| HBW10/3000 HBW10/1500 HBW10/1000 HBW10/500 HBW10/250 HBW10/100 HBW5/750 HBW5/250 HBW5/125 HBW5/62.5 HBW5/25 HBW2.5/187.5 HBW2.5/62.5 HBW2.5/31.25 HBW2.5/15.625 HBW2.5/6.25 HBW1/30 HBW1/10 HBW1/5 HBW1/2.5 HBW1/1 | 10 10 10 10 10 10 5 5 5 5 5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 1 1 1 1 1 | 30 15 10 5 2.5 1 30 10 5 2.5 1 30 10 5 2.5 1 30 10 5 2.5 1 | 29420 14710 9807 4903 2452 980.7 7355 2452 1226 612.9 245.2 1839 612.9 306.5 153.2 61.29 294.2 98.07 49.03 24.52 9.807 |
表１－２.試驗力—壓頭直徑平方之比的選擇
| 材料 | 布氏硬度HRW | 試驗力-壓頭球直徑平方的比率0.102F/D2 |
| 鋼、鎳合金、鈦合金 | 30 | |
| 鑄鐵 | <140 ≥140 | 10 30 |
| 銅及銅合金 | <35 35~200 >200 | 5 10 30 |
| 輕金屬及合金 | 35~80 >80 | 5 10 15 10 15 |
| 鉛、錫 | 1 |
標(biāo)準(zhǔn)GB/T231.1—2002中規(guī)定，對于鋼只有一種選擇，就是0.102F/D2=30，對于其他材料，根據(jù)其不同的硬度范圍，有2~3種0.102F/D2值可供選擇。
1.4.3布氏硬度試驗條件的選擇過程：
1.4.3.1根據(jù)材料種類和硬度范圍，按表1－2選擇0.102F/D2值，一般較硬的材料選擇較高的0.102F/D2值，較軟的材料選擇較低的0.102F/D2值，鋼鐵材料只選擇0.102F/D2＝30一個值。
1.4.3.2根據(jù)試樣的厚度和大小選擇壓頭直徑D和試驗力F，對于較厚、較大的試樣，應(yīng)盡量選用?10mm的壓頭和相應(yīng)的試驗力，因為這樣*能體現(xiàn)布氏硬度計的特點。對于較薄、較小的試樣，應(yīng)選用較小的壓頭和較小的試驗力。以保證滿足布氏硬度試驗關(guān)于“試樣厚度應(yīng)大于壓痕深度的8倍”的要求。
1.4.3.3完成上述選擇之后應(yīng)進行初步試驗，確定壓痕直徑是否滿足0.24D <d<0.6D?！ ∪绻麧M足這一要求，就可進行正式測試，并查表得到布氏硬度值。如果不滿足這一要求，當(dāng)壓痕直徑小于0.24D時，說明壓痕過小，應(yīng)重新選擇大一些的試驗力。當(dāng)壓痕直徑大于0.6D時，說明壓痕過大，應(yīng)重新選擇小一些的試驗力。
1.5布氏硬度與抗拉強度的關(guān)系
由于布氏硬度試驗?zāi)軌蚍从吵鲈嚇虞^大范圍內(nèi)的綜合性能，因此布氏硬度與材料的其他機械性能關(guān)系密切，尤其是與抗拉強度存在近似的換算關(guān)系：
σb=K·HB ……………… (1-6)
式中：σb—抗拉強度值，MN/m2；
K—常數(shù)，不同材料有不同的數(shù)值。
通過測試布氏硬度可以間接得到材料的抗拉強度。這一點在生產(chǎn)實際中具有重大意義?？梢酝ㄟ^測量硬度的方法得到近似的強度值，這樣既可以提高工作效率，又可以節(jié)省材料。
部分金屬材料的換算關(guān)系如1－３表所示。
| 材料 | 布氏硬度值 | 近似換算關(guān)系 |
| 鋼 | 125~175 ＞175 | σb≈0.343HB×10MN/m2 σb≈0.363HB×10MN/m2 |
| 鑄鋁合金 | σb≈0.26HB×10MN/m2 | |
| 退火黃銅、青銅 | σb≈0.55HB×10MN/m2 | |
| 冷加工后的黃銅、青銅 | σb≈0.40HB×10MN/m2 |
