金屬材料·布氏硬度試驗(yàn)

《金屬材料·布氏硬度試驗(yàn)(第4部分):硬度值表(GB/T 231.4-2009/ISO 6506-4:2005)》由中國標(biāo)準(zhǔn)出版社出版。

布氏硬度試驗(yàn)原理

布氏硬度HB的計(jì)算式為 ：

式中 d——壓痕直徑，mm；h——壓痕深度，mm。

只要測(cè)出壓痕直徑，即可通過計(jì)算或查表求出 HB值。

試驗(yàn)時(shí)根據(jù)材料的性質(zhì)和形狀選用不同的載荷和鋼球直徑。布氏硬度的試驗(yàn)方法和技術(shù)要求可參見GB231—63。

布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是代表性強(qiáng)，數(shù)據(jù)重復(fù)性好，與強(qiáng)度之間存在一定的換算關(guān)系。缺點(diǎn)是不能測(cè)試較硬的材料；壓痕較大，不適于成品檢驗(yàn)。通常用來檢驗(yàn)鑄鐵、有色金屬、低合金鋼等原材料和調(diào)質(zhì)件的硬度。

布氏硬度試驗(yàn)條件

布氏硬度試驗(yàn)時(shí)，壓頭球體的直徑D、試驗(yàn)載荷F及載荷保持的時(shí)間 t，應(yīng)根據(jù)被試金屬材料的種類、硬度值的范圍及厚度進(jìn)行選擇。 常用的壓頭直徑 1、2、2.5、5和10毫米五種。

試驗(yàn)載荷可從9.807N （1kgf）~29.42 KN （3000 kgf）范圍內(nèi)，

載荷保持的時(shí)間，一般黑色金屬為10～15s；有色金屬為30s；布氏硬度值小于35時(shí)為60s。

布氏硬度優(yōu)缺點(diǎn)

鋼球直徑較大，在金屬材料表面上留下的壓痕也較大，故測(cè)得的硬度值比較準(zhǔn)確。 布氏硬度值和抗拉強(qiáng)度之間有一定的關(guān)系，因此可按布氏硬度值近似確定金屬材料的抗拉強(qiáng)度。

如被試金屬硬度過高，將影響硬度值的準(zhǔn)確性，所以布氏硬度試驗(yàn)一般適于測(cè)定布氏硬度值小于650的金屬材料。

布氏硬度壓痕較大，故不宜測(cè)定成品及薄片材料。

布氏硬度注意事項(xiàng)

HBS和HBW都是布氏硬度符號(hào)，但是有區(qū)別，而且HBS已經(jīng)停止使用。在2003年6月1日以前，我國執(zhí)行的是國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T231-1984，布氏硬度試驗(yàn)用鋼球壓頭進(jìn)行試驗(yàn)的用HBS表示，用硬質(zhì)合金球頭試驗(yàn)的用HBW表示。同樣的試塊，當(dāng)其它試驗(yàn)條件完全相同的情況下，兩種試驗(yàn)結(jié)果不同，HBW值往往大于HBS值，而且并無定量的規(guī)律所循。

從2003年6月1日開始，原國標(biāo)GB/T231-1984廢止，我國等效執(zhí)行國際標(biāo)準(zhǔn)ISO6506，制定了新的國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T231.1-2002，文中明確取消了鋼球壓頭，全部采用硬質(zhì)合金球頭。因此HBS停止使用，全部用HBW表示布氏硬度符號(hào)。

2018年5月14日起，有關(guān)布氏硬度實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)已更新為“GB∕T 231.1-2018 金屬材料 布氏硬度試驗(yàn) 第1部分: 試驗(yàn)方法”版本，GB/T 231.1-2009已廢止。

布氏硬度測(cè)量法適用于鑄鐵、非鐵合金、各種退火及調(diào)質(zhì)的鋼材，不宜測(cè)定太硬、太小、太薄和表面不允許有較大壓痕的試樣或工件。

國家標(biāo)準(zhǔn)（GB231-84）規(guī)定布氏硬度試驗(yàn)時(shí)，常用的0.102F/D的比例為30、10、2.5三種，根據(jù)金屬材料的種類、試樣硬度范圍和厚度的不同，按下表（布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范）選擇試驗(yàn)壓頭（鋼頭）的直徑D、試驗(yàn)力F及保持時(shí)間。

HBS（布氏硬度）是硬度指標(biāo)。布氏硬度是根據(jù)壓痕單位表面積上的載荷大小來計(jì)算硬度值，它不適用于測(cè)定硬度較高的材料。 布氏硬度=F（載荷）/A凹（壓痕球形表面積） 。

中文名

布氏硬度

外文名

HBS

公式

F（載荷）/A凹

硬度

金屬抵抗硬的物體壓陷表面能力

金屬材料抵抗硬的物體壓陷表面的能力，稱為硬度。

根據(jù)試驗(yàn)方法和適用范圍不同，硬度又可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度、顯微硬度和高溫硬度等。

A、布氏硬度（HB） 　用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的試驗(yàn)力（F）壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面的壓痕直徑（L）。布氏硬度值是以試驗(yàn)力除以壓痕球形表面積所得的商。以HBS（鋼球）表示，單位為N/mm2(MPa)。

其計(jì)算公式為： 　式中：F--壓入金屬試樣表面的試驗(yàn)力，N； 　D--試驗(yàn)用鋼球直徑，mm； 　d--壓痕平均直徑，mm。 　測(cè)定布氏硬度較準(zhǔn)確可靠，但一般HBS只適用于450N/mm2（MPa）以下的金屬材料，對(duì)于較硬的鋼或較薄的板材不適用。在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中，布氏硬度用途最廣，往往以壓痕直徑d來表示該材料的硬度，既直觀，又方便。

舉例：120HBS10/1000/30：表示用直徑10mm鋼球在1000Kgf（9.807KN）試驗(yàn)力作用下，保持30s（秒）測(cè)得的布氏硬度值為120N/ mm2（MPa）。

B、洛氏硬度（HR） 　洛氏硬度試驗(yàn)同布氏硬度試驗(yàn)一樣，都是壓痕試驗(yàn)方法。不同的是，它是測(cè)量壓痕的深度。即，在初邕試驗(yàn)力（Fo）及總試驗(yàn)力（F）的先后作用下，將壓頭（金鋼廠圓錐體或鋼球）壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除主試驗(yàn)力，用測(cè)量的殘余壓痕深度增量（e）計(jì)算硬度值。其值是個(gè)無名數(shù)，以符號(hào)HR表示，所用標(biāo)尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9個(gè)標(biāo)尺。其中常用于鋼材硬度試驗(yàn)的標(biāo)尺一般為A、B、C，即HRA、HRB、HRC。

硬度值用下式計(jì)算： 　當(dāng)用A和C標(biāo)尺試驗(yàn)時(shí)，HR=100-e 　當(dāng)用B標(biāo)尺試驗(yàn)時(shí)，HR=130-e 　式中e--殘余壓痕深度增量，其什系以規(guī)定單位0.002mm表示，即當(dāng)壓頭軸向位移一個(gè)單位（0.002mm）時(shí)，即相當(dāng)于洛氏硬度變化一個(gè)數(shù)。e值愈大，金屬的硬度愈低，反之則硬度愈高。 　上述三個(gè)標(biāo)尺適用范圍如下： 　HRA（金剛石圓錐壓頭）20-88 　HRC（金剛石圓錐壓頭）20-70 　HRB（直徑1.588mm鋼球壓頭）20-100 　洛氏硬度試驗(yàn)是應(yīng)用很廣的方法，其中HRC在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中使用僅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可適用于測(cè)定由極軟到極硬的金屬材料，它彌補(bǔ)了布氏法的不足，較布氏法簡便，可直接從硬度機(jī)的表盤讀出硬度值。但是，由于其壓痕小，故硬度值不如布氏法準(zhǔn)確。

C、維氏硬度（HV） 　維氏硬度試驗(yàn)也是一種壓痕試驗(yàn)方法，是將一個(gè)相對(duì)面夾角為1360的正四棱錐體金剛石壓頭以選定的試驗(yàn)力（F）壓入試驗(yàn)表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量壓痕兩對(duì)角線長度。 　維氏硬度值是試驗(yàn)力除以壓痕表面積所得之商，

其計(jì)算公式為： 　式中：HV--維氏硬度符號(hào)，N/mm2(MPa)； 　F--試驗(yàn)力，N； 　d--壓痕兩對(duì)角線的算術(shù)平均值，mm。 　維氏硬度采用的試驗(yàn)力F為5（49.03）、10（98.07）、20（196.1）、30（294.2）、50（490.3）、100（980.7）Kgf(N)等六級(jí)，可測(cè)硬度值范圍為5～1000HV。

表示方法舉例：640HV30/20表示用30Hgf（294.2N）試驗(yàn)力保持20S（秒）測(cè)定的維氏硬度值為640N/mm2(MPa)。

維氏硬度法可用于測(cè)定很薄的金屬材料和表面層硬度。它具有布氏、洛氏法的主要優(yōu)點(diǎn)，而克服了它們的基本缺點(diǎn)，但不如洛氏法簡便。維氏法在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中很少用。 　HB是用一定的力將一定直徑（2.5、5、10）的鋼球壓向被測(cè)材料的表面，然后測(cè)量被測(cè)材料表面鋼球壓痕的直徑以判斷材料的硬度。 　材料的原始狀態(tài)和鋼材的退火、正火或調(diào)質(zhì)常用HB。 　HR有A、B 、C3三種。A和C 用120度的金剛石正圓錐體作測(cè)頭，B用直徑1.588的鋼球作測(cè)頭。測(cè)量方法都是先用一個(gè)預(yù)壓力將測(cè)頭壓在被測(cè)材料的表面，再施以主壓力，然后撤除主壓力，測(cè)量壓入深度判斷材料的硬度。 　HV是對(duì)HR的一種改良。因120度的正圓錐體不符合金剛石的晶體結(jié)構(gòu)，不易磨好，所以HV將測(cè)頭改為棱圓椎體，頂端可以制作得非常精良。測(cè)量方法同HR。 　HRA和HV用來測(cè)量材料經(jīng)表面熱處理，如氮化、滲碳以后的表面硬度，HRC常用于測(cè)量淬火后硬度。　2、哈佛大學(xué)商學(xué)院（Harvard Business School ）的縮寫2100433B