布氏硬度计特点、原理、应用及实验要求

一、布氏硬度实验执行标准；
二、布氏硬度计的特点；
三、布氏硬度计原理；
四、布氏硬度计的应用；
五、布氏硬度试验力的选择；
六、布氏硬度对试样的要求；
七、布氏硬度实验方法要求；
八、布氏硬度实验结果的表示；
九、布氏硬度测试结果的不确定度；
十、布氏硬度范围；
十一、布氏硬度实验报告；
十二、布氏硬度计的日常检查；

一、布氏硬度实验执行标准：
金属布氏硬度试验方法新标准采用了国际标准ISO 6506-1：2005。新标准是根据ISO 6506-1：2005重新起草，根据我国的实际情况，采用国际标准时进行了修改和补充。

按国际标准结构，ISO 6506由3部分构成：
ISO 6506-1：2005金属材料    布氏硬度试验   试验方法
ISO 6506-2：2005 金属材料   布氏硬度试验   硬度计的检验与校准
ISO 6506-3：2005金属材料    布氏硬度试验   标准硬度块的标定
ISO 6506-4：2005金属材料    布氏硬度试验   硬度值表

我国的布氏硬度试验方法标准编制与国际标准相对应：
GB/T 231.1-2009   金属布氏硬度试验              第1部分     试验方法
GB/T 231.2-2012   金属布氏硬度试验              第2部分     硬度计的检验与校准
GB/T 231.3-2012   金属布氏硬度试验              第3部分     标准硬度块的标定
GB/T 231.4-2009  金属材料 布氏硬度试验     第4部分     硬度值表   

新标准只允许使用硬质合金球压头。布氏硬度符合为HBW，不应与以前的符号HB和用钢球头时使用的符号HBS相混淆。

二、布氏硬度计的特点：

布氏硬度试验的优点是其硬度代表性好，由于通常采用的是10mm直径球压头，3000Kg试验力，其压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均值，而不受个别组成相及微小不均匀度的影响，因此特别适用于测定灰铸铁、轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料。它的试验数据稳定，重现性好，精度高于洛氏，低于维氏。此外布氏硬度值与抗拉强度值之间存在较好的对应关系。
布氏硬度试验的特点是压痕较大，成品检验有困难，试验过程比洛氏硬度试验复杂，测量操作和压痕测量都比较费时，并且由于压痕边缘的凸起、凹陷或圆滑过渡都会使压痕直径的测量产生较大误差，因此要求操作者具有熟练的试验技术和丰富经验，一般要求由专门的实验员操作。

三、布氏硬度计原理：

布氏硬度计的工作原理把一定直径的硬质合金球，在一定试验力作用下,以一定的速度压入试样表面,经规定的试验力保持时间后卸除试验力。测量试样表面压痕直径，以试样压痕球形表面积上的平均压力来表示金属的布氏硬度值。
 

计算公式：

式中：F—试验力，N；               
S—压痕表面积，mm2；               
D—硬质合金球直径，mm；                
h—压痕深度， mm；               
d—压痕直径，mm

四、布氏硬度计的应用：
布氏硬度计主要用于组织不均匀的锻钢和铸铁的硬度测试，锻钢和灰铸铁的布氏硬度与拉伸试验有着较好的对应关系。布氏硬度试验还可用于有色金属和软钢，采用小直径球压头可以测量小尺寸和较薄材料。布氏硬度计多用于原材料和半成品的检测，由于压痕较大，一般不用于成品检测。

五、布氏硬度计试验力的选择：
布氏硬度试验条件的选择如同洛氏硬度试验关于标尺的选择一样，布氏硬度试验也要遇到试验条件的选择问题，即试验力F和压头球直径D的选择。这种选择不是任意的，而是要遵循一定的规则，并且要注意试验力和压头球直径的合理搭配，应用起来比洛氏硬度试验略显复杂。
国家标准中规定了4种直径的硬质合金球做压头。
布氏硬度不同条件下的试验力如下图：

为了反映式样尽量大面积上的硬度值，尽可能选择大直径压头进行试验。
当试样厚度允许时，应优先选用直径10mm的球体压头。
试验力的选择必须保证压痕直径d在0.24D~0.6D之间。
试验力-压头直径平方比率（0.102F/D2比值）应根据材料和硬度值选择：

六、布氏硬度对试样的要求：

1）试样表面质量
试样表面应光滑、平坦，表面应无氧化皮及外界污物，尤其不应有油脂。式样表面光洁度应能保证压痕直径的精准测量，建议试样表面粗糙度Ra通常不大于1.6μm。过于粗糙的式样表面会使试样抵抗实验力的能力下降，从而导致测定的布氏硬度值偏低，另一方面，也给压痕直径的测量带来较大的误差，使实验结果分散加大。
制备试样时，应使过热或冷加工等因素对试样表面性能的影响减至最小。
2）试样最小厚度
国家标准中对试样厚度作了明确规定：试样厚度至少应为压痕深度的8倍。
压痕平均直径与试样最小厚度关系表                                       mm

试样厚度除满足表中规定外，试验后还应检查试样背面，如果试样背面出现变形痕迹，则表明试样厚度不够。

七、布氏硬度实验要求：
试样应放置于刚性支撑物上，式样背面和支撑物之间应清和何物外界污物（养化皮、油、灰尘等）。式样稳固地放置于支撑物上以保证实验中不产生位移。 从加力开始至施加完全部试验力的时间应在2s~8s之间。试验力保持时间为10s~15s。对于要求试验力保持时间较长的材料，试验力保持时间误差为±2s。 在整个试验期间，硬度计不应受到影响实验结果的冲击和振动。 任一压痕中心距式样边缘的距离至少为压痕平均直径的2.5倍。两相邻压痕中心间距至少为压痕平均直径的3倍。应在两相互垂直方向测量压痕直径。用两个读书的平均值计算布氏硬度。
注： 对于自动测量装置，可采用如下方式计算：
——等间隔多次测量的平均值；
——材料表面压痕投影面积数值。

八、布氏硬度实验结果的表示：
布氏硬度用符号HBW表示，符号HBW前面为硬度值，符号后面是按如下顺序表示实验条件的指示：
压头直径，mm； 试验力数字； 与规定时间不同的试验力保持时间，s；
例1:350HBW5/750   用直径5mm的球体在7.355kN试验力保持时间10s~15s测定的布氏硬度值为350。
例2:600HBW1/30/20   用直径1mm的球体在294.2N试验力保持时间20s测定的布氏硬度值为600。

九、布氏硬度测试结果的不确定度
影响实验结果不确定度的因素很多，可分为以下两大类： 1、与布什硬度计相关的参数（包括硬度计校验误差和标准块标定误差）。 2、与试验方法相关的参数（操作条件的变化）。

十、布氏硬度测量范围
标准规定的布氏硬度实验范围上限为650HBW。
对于特殊材料或产品的实验，应在专门的标准中规定。

十一、布氏硬度实验报告：
试验报告包括如下内容：
GB/T 231的本部分编号； 有关式样的详细资料； 如果试验温度不在10℃~35℃，应注明试验温度：实验结果； 不在GB/T 231本部分规定之内的操作； 影响实验结果的各种细节。

十二、布氏硬度计的日常检查：
使用者应在当天使用硬度计之前，对其使用的硬度标尺或范围进行检查。 日常检查之前，（对每个范围/标尺和硬度水平）应使用依照GB/T 231.3标定过的标准硬度块上的标准压痕进行压痕测量装置的间接检验。压痕测量值应与标准硬度块证书上的标准值相差在0.5％以内。如果测量装置不能满足上述要求，应采取相应措施。 日常检查应在按照GB/T 231.3标定的标准硬度块上至少打一个压痕。如果测量的硬度(平均）值与标准硬度块标准值的差值在GBB/T 231.2中给出的允许误差之内，则硬度计被认为是满意的。如果超出，应立即进行间接检验。 所有数据应当保存一段时间，一边监测经独家的再现性和测量设备的稳定性。