国产硬度计布氏硬度的测量原理

选择一事实上的载荷 P，把直径为D 的淬火钢球压入试件表面并保持一定时间，然后卸去载荷，测量钢球在试样表面压出的压痕直径 d，计算出压痕面积，算出载荷P 与压痕面积的比值，这个比值所表示的硬度就是布氏硬度，用符号HB 表示。设压痕的深度为h，则压痕的球冠面积为：式中：P——测试用的载荷(kg)；D——压头钢球的直径(mm)；d——压痕直径(mm)；F——压痕面积(mm2)。布氏硬度的单位为 kg/mm2，这是目前各国文献中常用的单位，通常只给出数值而不写单位，如 HB200，若要换算成国际单位MPa，需要将硬度值乘以9.81。布氏硬度的压头钢球直径有 Φ2.5mm，Φ5mm，Φ10mm 三种，载荷有15.6kg、62.5kg、182.5kg、250kg、750kg、1000kg、3000kg 七种。可根据材料的软硬不同选择配合使用。为了在不同直径的压头和不同载荷下进行测试时，同一种材料的布氏硬度值相同。压头的直径与载荷之间要满足相似原理。相似原理是指在均质材料中，只要压入角 φ(即从压头圆心压痕两端的连线之间的夹角)不变，则不论压痕大小，金属的平均抗力相等。德国的迈耶尔(Mayer)通过试验得出重要经验关系。当d/D>0.1 时，压痕直径d 与载荷的关系为：这个公式称为迈耶尔定律。戒a 和n 均为常数。他还得出如下的结论：当使用的压头直径不同时，指数n 几乎与D 无关，而常数a 则随 D 值的增大而减小，此式说明，在进行布氏硬度测试时，只要使 P/D2 为一常数，就可以使压入角φ 保持不变，从而保持了几何形状相似的压痕。所以在布氏硬度测量中只要满足 P/D2 为常数，则同一材料测得的布氏硬度值是相同的。不同材料测得的布氏硬度值也可以进行比较。 P/D2 的数值不是随便规定的，各种材料软硬相差很大。如果只规定一个P/D2 的值，对于较硬的材料，压入角会太小；对于较软的材料，压入角又会很大。若压入角太小，压痕就小，测量误差就会很大。当入压角较大但小于 90°时，压痕直径随压入深度增加有较大变化，有利于测量。但当压入角大小90°时，随压入深度的增加，压痕变化较小。为了提高测量精度，通常使0.25　角29°<φ<60°，这样就需不同的材料使用不同的P/D2 值。国家标准规定P/D2 的比值为30、10、25 三种。在测量中对较软的材料因塑性变形较大，施加载荷应小一些。布氏硬度仪的试验规范列表表 14-2 中。

国产硬度计布氏硬度的测试步骤

布氏硬度计使用的步骤如下：

1．根据试件材料选择合适的压头和载荷。

2．加预载。

3．加主载并保持一定的时间。

4．卸载。

5．将试样取下，用带刻度的低倍放大镜测压痕直径d。

6．查《压痕直径与布氏硬度对照表》得到布氏硬度值。

表 14-2

布氏硬度试验规范

金属类型

布氏硬度范围

HB

试件厚度

mm

载荷 P 与压头

直径D 的关系

钢球直径

D,mm

载荷 P,kg

载荷保持

时间，s

140~150

6~3

4~3

<2

P=30D2

10

5.0

2.5

3000

750

187.5

10

黑色金属

<140

>6

6~3

<3

P=10D2

10

5.0

2.5

1000

250

62.5

10

>130

6~3

4~3

<2

P=30D2

10

5.0

2.5

3000

750

187.5

30

36~130

9~-3

6~3

<3

P=10D2

10

5.0

2.5

1000

250

62.5

有色金属 30

8~35

>6

6~3

<3

P=2.5D2

10

5.0

2.5

250

62.5

15.6

30

国产硬度计布氏硬度的特点

布氏硬度试验的优点是其硬度代表性全面，因压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成

相综合影响的平均性能，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；试验数据稳定，数据重复性强，此外，布氏硬

度值和抗拉强度 σb 间存在一定换算关系，见表14-3。

布氏硬度与抗拉强度的关系

材料 硬度值 HB-σb 近似换算关系

钢

125~175

>175

σb≈0.343HB×10MN/m2

σb≈0.362HB×10MN/m2

铸铝合金 σb≈0.26HB×10MN/m2

退火黄铜、青铜 σb≈0.55HB×10MN/m2

冷加工后黄铜、青铜 σb≈0.40HB×10MN/m2

布氏硬度试验的缺点是其压头为淬火钢球。由于钢球本身的变形问题，致使不难试验太硬的

材料。一般在 HB450 以上就不能使用；由地压痕较大，成品检验有困难；试验过程比洛氏

硬度较为复杂，不能由硬度计上直接读数 (需用带刻度的低倍放大镜测出压痕直径，然后通

过查表得到布氏硬度值)。

北京红外时代THBC系列布氏硬度计