布氏硬度计的原理及使用方法（布氏硬度计的测量原理及步骤）

布氏硬度测试法

布氏硬度计

　　一、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是布氏硬度，用符号HB表示。布氏硬度的测量原理所示。设压痕的深度为h，则压痕的球冠面积为：

公式中：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。

　　沧州欧谱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。如图14-5所示。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，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，压痕小，测量误差会很大。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0.25<d/D<0.5，与此对应的压入角29°<φ<60°，这样需不同的材料使用不同的P/D2值。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。

　　二、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。

　　三、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。

　　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)。