9.2.1 布氏硬度试验

1.布氏硬度试验原理

布氏硬度是在一定的压力F的作用下，将直径为D的硬质合金压头球压入被测金属表面，并保持一定时间，根据压痕直径d的大小及单位压痕面积上所受试验力的大小，来确定被测金属的硬度，如图9-2所示。布氏硬度以HBW表示，布氏硬度试验范围上限为650HBW。

图9-2 布氏硬度测试原理

布氏硬度值计算公式如下：

式中 HBW——布氏硬度值（MPa）；

F——试验力（N）；

A（凹）——压痕凹陷面积（mm²）；

D——压头直径（mm）；

t——压痕凹陷深度（mm）。

将式（9-1）中的t换成压痕直径d（mm），计算公式即为

2.布氏硬度试验条件

布氏硬度计的压头直径有10mm、5mm、2.5mm和1mm四种（GB/T231.1—2009）。采用的F/D²值规定为30、15、10、5、2.5、1。应根据表9-10和表9-11所列被测材料、硬度范围，选择压头直径和试验力，根据测得的压痕直径d，即可从金属布氏硬度数值表中查出硬度值。

表9-10 布氏硬度试验技术条件（GB/T 231.1—2009）

注：对于铸铁试验，压头的名义直径应为2.5mm、5mm或10mm。

表9-11 不同布氏硬度试验条件下施加的试验力（GB/T 231.1—2009）

（续）

试件厚度应大于规定的最小厚度。布氏硬度压痕直径与试件最小厚度的关系如表9-12所示。

表9-12 布氏硬度压痕直径与试件最小厚度的关系（GB/T 231.1—2009） （单位：mm）

3.布氏硬度的表示方法

布氏硬度的表示方法为：布氏硬度值写在符号“HBW”之前，符号后按顺序用数值表示试验条件：硬质合金球直径（mm）/试验力（kgf，1kgf=9.8N）/试验力保持时间（s）（10～15s不标注）。例如：255HBW5/750，表示用直径为5mm的硬质合金球，在750kgf试验力作用下保持10～15s，测得的布氏硬度值为255。285HBW5/250/20，表示用直径为5mm硬质合金球，在250kgf试验力作用下保持20s，测得的布氏硬度值为285。

4.布氏硬度试验操作

1）布氏硬度试验不能用于＞650HBW材料的硬度试验。

2）半径小于25.4mm（1in）的弧形表面不应进行试验。

3）试件厚度应大于规定的最小厚度。

4）试验表面粗糙度一般为R_a≤0.8μm。

5）试压面应与压头中心线保持垂直（＜2°范围），不应出现影响加载的弧面或斜面等。

6）在压痕相对的一面，不应出现影响加载的弧面等形状。

7）相邻压痕中心距离应≥3d。

8）压痕中心距试样边缘的距离≥3d。

9）安装压头后所测的第一点应不予计算，每件必须至少测试3点，取其平均值。

10）定期用标准硬度块校验硬度计。

5.锤击式布氏硬度试验

图9-3 锤击式布氏硬度计

1—球帽 2—握持器 3—弹簧 4—锤击杆 5—标准杆 6—压头球

锤击式布氏硬度计是一种便携式布氏硬度计，如图9-3所示，适于大型工件的布氏硬度检测。试验时先估计试件大致的硬度值，选择与其硬度相近的标准硬度杆，并将其插入硬度计内，对准试件测试部位，然后用锤子以适当力量敲击锤击杆顶端一次，用读数放大镜分别测量标准杆压痕直径d′和试件压痕直径d；标准杆硬度值为已知，查锤击式布氏硬度换算表即可得出试件布氏硬度值。锤击式布氏硬度换算表是以标准杆硬度值为202HBW时的换算值。当所用标准杆硬度值不为202HBW时，需将表中查出的硬度值乘以系数K。K值可由表9-13查得。

锤击式布氏硬度计操作简单，携带方便，但精度较低，误差范围为7%～10%。

表9-13 锤击式布氏硬度试验中系数K的数值