一 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。
1.1布氏硬度試驗原理
二 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10 mm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。
三 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、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 
圖3.1 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3.1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φ1、φ2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準中表示為F/D2，在采用牛頓力的新標準中表示為0.102 F/D2。
2、試驗后壓痕直徑說明
試驗后要使壓痕直徑處于0.24D < d < 0.6D范圍，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φ10mm、 φ5mm、φ2.5mm、φ1mm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。
標準GB/T231.1-2002中規(guī)定的試驗條件如表3.1所示。
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 | 10 | 30 | 29420 |
HBW10/1500 | 10 | 15 | 14710 |
HBW10/1000 | 10 | 10 | 9807 |
HBW10/500 | 10 | 5 | 4903 |
HBW10/250 | 10 | 2.5 | 2452 |
HBW10/100 | 10 | 1 | 980.7 |
HBW5/750 | 5 | 30 | 7355 |
HBW5/250 | 5 | 10 | 2452 |
HBW5/125 | 5 | 5 | 1226 |
HBW5/62.5 | 5 | 2.5 | 612.9 |
HBW5/25 | 5 | 1 | 245.2 |
HBW2.5/187.5 | 2.5 | 30 | 1839 |
HBW2.5/62.5 | 2.5 | 10 | 612.9 |
HBW2.5/31.25 | 2.5 | 5 | 306.5 |
HBW2.5/15.625 | 2.5 | 2.5 | 153.2 |
HBW2.5/6.25 | 2.5 | 1 | 61.29 |
HBW1/30 | 1 | 30 | 294.2 |
HBW1/10 | 1 | 10 | 98.07 |
HBW1/5 | 1 | 5 | 49.03 |
HBW1/2.5 | 1 | 2.5 | 24.52 |
HBW1/1 | 1 | 1 | 9.807 |
表3.1 布氏硬度試驗條件
標準GB/T231.1—2002中規(guī)定試驗力和壓頭直徑平方之比（0.102F/D2）應(yīng)按材料的種類和硬度范圍來選擇，如表3.2所示。
材料 | 布氏硬度HBW | 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 | 10 |
≥140 | 30 |
銅及銅合金 | <35 | 5 |
35～200 | 10 |
>200 | 30 |
輕金屬及合金 | <35 | 2.5 |
35～80 | 5、10、15 |
>80 | 10、15 |
鉛、錫 | | 1 |
表3.2試驗力—壓頭直徑平方之比的選擇
其中，對于鑄鐵的試驗，壓頭球直徑一般為2.5ｍｍ，5ｍｍ和10ｍｍ。標準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。
四、我司布氏硬度試驗選擇經(jīng)驗
北京時代新天測控技術(shù)有限公司是開發(fā)、生產(chǎn)新型檢測設(shè)備為重點的科技先導型企業(yè)，公司以滿足用戶的需求做為企業(yè)的發(fā)展重要目標。公司現(xiàn)有七十余種儀器儀表，硬度檢測儀器也是我們的常規(guī)經(jīng)營項目，經(jīng)過多年的生產(chǎn)及應(yīng)用實踐，積累眾多經(jīng)驗，試驗時我們建議從以下三步完成試驗。
1、根據(jù)材料種類和硬度范圍，按表3.2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。
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φ10mm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。
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。 如果滿足這一要求，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。
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。可以通過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。
