布氏硬度計特點、原理、應用及實驗要求
一、布氏硬度實驗執行標準：
金屬布氏硬度試驗方法新標準采用了國際標準ISO 6506-1：2005。新標準是根據ISO 6506-1：2005重新起草，根據我國的實際情況，采用國際標準時進行了修改和補充。
按國際標準結構，ISO 6506由3部分構成：
ISO 6506-1：2005金屬材料 布氏硬度試驗 試驗方法
ISO 6506-2：2005 金屬材料 布氏硬度試驗 硬度計的檢驗與校準
ISO 6506-3：2005金屬材料 布氏硬度試驗 標準硬度塊的標定
ISO 6506-4：2005金屬材料 布氏硬度試驗 硬度值表
我國的布氏硬度試驗方法標準編制與國際標準相對應：
GB/T 231.1-2009 金屬布氏硬度試驗 第1部分 試驗方法
GB/T 231.2-2012 金屬布氏硬度試驗 第2部分 硬度計的檢驗與校準
GB/T 231.3-2012 金屬布氏硬度試驗 第3部分 標準硬度塊的標定
GB/T 231.4-2009 金屬材料 布氏硬度試驗 第4部分 硬度值表
新標準只允許使用硬質合金球壓頭。布氏硬度符合為HBW，不應與以前的符號HB和用鋼球頭時使用的符號HBS相混淆。
布氏硬度計
二、布氏硬度計的特點：
布氏硬度試驗的優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。它的試驗數據穩定，重現性好，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關系。
布氏硬度試驗的特點是壓痕較大，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生較大誤差，因此要求操作者具有熟練的試驗技術和豐富經驗，一般要求由專門的實驗員操作。
三、布氏硬度計原理：
布氏硬度計的工作原理把一定直徑的硬質合金球，在一定試驗力作用下,以一定的速度壓入試樣表面,經規定的試驗力保持時間后卸除試驗力。測量試樣表面壓痕直徑，以試樣壓痕球形表面積上的平均壓力來表示金屬的布氏硬度值。
計算公式：
式中：F—試驗力，N；
S—壓痕表面積，mm2；
D—硬質合金球直徑，mm；
h—壓痕深度， mm；
d—壓痕直徑，mm
四、布氏硬度計的應用：
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關系。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。
五、布氏硬度計試驗力的選擇：
布氏硬度試驗條件的選擇如同洛氏硬度試驗關于標尺的選擇一樣，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則，并且要注意試驗力和壓頭球直徑的合理搭配，應用起來比洛氏硬度試驗略顯復雜。
國家標準中規定了4種直徑的硬質合金球做壓頭。
布氏硬度不同條件下的試驗力如下圖：
硬度符號 | 球體直徑 | 力-壓頭直徑比 | 試驗力 |
HBW 10/3000 HBW 5/750 HBW 2.5/187.5 HBW 1/30 | 10 5 2.5 1 | 30 30 30 30 | 29420 7355 1839 294.2 |
為了反映式樣盡量大面積上的硬度值，盡可能選擇大直徑壓頭進行試驗。
當試樣厚度允許時，應優先選用直徑10mm的球體壓頭。
試驗力的選擇必須保證壓痕直徑d在0.24D~0.6D之間。
試驗力-壓頭直徑平方比率（0.102F/D2比值）應根據材料和硬度值選擇：
材料 | 布氏硬度 HBW | 試驗力-壓頭直徑比 |
鋼、鎳合金、鈦合金 | 30 | |
鑄鐵1) | ＜140 | 10 |
≥140 | 30 | |
銅及銅合金 | ＜35 | 5 |
35~200 | 10 | |
＞200 | 30 | |
輕金屬及其合金 | ＜35 | 2.5 |
35~80 | 5 | |
10 | ||
15 | ||
＞80 | 10 | |
15 | ||
鉛、錫 | 1 | |
1）對鑄鐵的實驗，壓頭名義直徑應為直徑一般為2.5、5、10mm | ||
六、布氏硬度對試樣的要求：
1）試樣表面質量
試樣表面應光滑、平坦，表面應無氧化皮及外界污物，尤其不應有油脂。式樣表面光潔度應能保證壓痕直徑的精準測量，建議試樣表面粗糙度Ra通常不大于1.6μm。過于粗糙的式樣表面會使試樣抵抗實驗力的能力下降，從而導致測定的布氏硬度值偏低，另一方面，也給壓痕直徑的測量帶來較大的誤差，使實驗結果分散加大。
制備試樣時，應使過熱或冷加工等因素對試樣表面性能的影響減至最小。
2）試樣最小厚度
國家標準中對試樣厚度作了明確規定：試樣厚度至少應為壓痕深度的8倍。
壓痕平均直徑與試樣最小厚度關系表 mm
試樣厚度除滿足表中規定外，試驗后還應檢查試樣背面，如果試樣背面出現變形痕跡，則表明試樣厚度不夠。
七、布氏硬度實驗要求：
試樣應放置于剛性支撐物上，式樣背面和支撐物之間應清和何物外界污物（養化皮、油、灰塵等）。式樣穩固地放置于支撐物上以保證實驗中不產生位移。 從加力開始至施加部試驗力的時間應在2s~8s之間。試驗力保持時間為10s~15s。對于要求試驗力保持時間較長的材料，試驗力保持時間誤差為±2s。 在整個試驗期間，硬度計不應受到影響實驗結果的沖擊和振動。 任一壓痕中心距式樣邊緣的距離至少為壓痕平均直徑的2.5倍。兩相鄰壓痕中心間距至少為壓痕平均直徑的3倍。應在兩相互垂直方向測量壓痕直徑。用兩個讀書的平均值計算布氏硬度。
注： 對于自動測量裝置，可采用如下方式計算：
——等間隔多次測量的平均值；
——材料表面壓痕投影面積數值。
八、布氏硬度實驗結果的表示：
布氏硬度用符號HBW表示，符號HBW前面為硬度值，符號后面是按如下順序表示實驗條件的指示：
壓頭直徑，mm； 試驗力數字； 與規定時間不同的試驗力保持時間，s；
例1:350HBW5/750 用直徑5mm的球體在7.355kN試驗力保持時間10s~15s測定的布氏硬度值為350。
例2:600HBW1/30/20 用直徑1mm的球體在294.2N試驗力保持時間20s測定的布氏硬度值為600。
九、布氏硬度測試結果的不確定度
影響實驗結果不確定度的因素很多，可分為以下兩大類： 1、與硬度計相關的參數（包括硬度計校驗誤差和標準塊標定誤差）。 2、與試驗方法相關的參數（操作條件的變化）。
十、布氏硬度測量范圍
標準規定的布氏硬度實驗范圍上限為650HBW。
對于特殊材料或產品的實驗，應在專門的標準中規定。
十一、布氏硬度實驗報告：
試驗報告包括如下內容：
GB/T 231的本部分編號； 有關式樣的詳細資料； 如果試驗溫度不在10℃~35℃，應注明試驗溫度：實驗結果； 不在GB/T 231本部分規定之內的操作； 影響實驗結果的各種細節。
十二、布氏硬度計的日常檢查：
使用者應在當天使用硬度計之前，對其使用的硬度標尺或范圍進行檢查。 日常檢查之前，（對每個范圍/標尺和硬度水平）應使用依照GB/T 231.3標定過的標準硬度塊上的標準壓痕進行壓痕測量裝置的間接檢驗。壓痕測量值應與標準硬度塊證書上的標準值相差在0.5％以內。如果測量裝置不能滿足上述要求，應采取相應措施。 日常檢查應在按照GB/T 231.3標定的標準硬度塊上至少打一個壓痕。如果測量的硬度(平均）值與標準硬度塊標準值的差值在GBB/T 231.2中給出的允許誤差之內，則硬度計被認為是滿意的。如果超出，應立即進行間接檢驗。 所有數據應當保存一段時間，一邊監測經的再現性和測量設備的穩定性。
