航空材料力学性能检测，布氏硬度试验原理

对一定直径的碳化钨球，施加一定大小的试验力，压入被测金属的表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕的直径（见图6-1）。根据计算的压痕球形表面积，求出压痕单位面积上所承受的平均压力值，以此作为硬度值大小的计量指标，即

式中 F——试验力（N）；

S——压痕表面积（mm²）；

D——压头直径（mm）；

h——压痕深度（mm）。

式（6-2）中的πDh为压痕表面积，可从压痕表面积和球面积之比等于压痕深度和球直径之比的关系得到。

图6-1 布氏硬度试验原理示意图

图6-2 压痕直径d和深度h的关系

由式（6-2）可知，在F和D一定的情况下，布氏硬度值的高低取决于压痕深度h的大小，两者成反比。压痕深度h大，说明金属形变抗力低，故硬度值小；反之，则布氏硬度值大。在生产过程中，由于压痕深度h的测量比较困难，而测定压痕直径d却较为容易，因此，要求将式（6-2）中的h换成d的关系。这一换算可以从图6-2中直角三角形OAB的关系中求出。即

将上式代入式（6-2），即得(www.xing528.com)

式中 D——压头直径（mm）；

F——试验力（N）；

d——压痕平均直径（mm）。

式（6-3）中只有d是变量，故试验后只要测量出压痕平均直径d即可计算出布氏硬度值。有人按照一定的F和D，已将d和布氏硬度值制成关系表，所以生产中只要根据d值查表即得布氏硬度值。

布氏硬度的表示方法：符号HBW前面为硬度值，符号后面是按如下顺序表示的试验条件：

1）球直径，单位为mm；

2）施加的试验力，单位为kgf（1kgf=9.80665N）；

3）试验力保持时间（如果不在规定的10～15s范围内）。

当压头直径为10mm，试验力为3000kgf，试验力保持时间为10～15s时，布氏硬度值被认定为标准值，可以不标示。例如：

350HBW表示用10mm直径的碳化钨球，在3000kgf（29.42kN）试验力作用下，保持10～15s，所测得的布氏硬度值为350。

600HBW1/30/20表示用1mm直径的碳化钨球，在30kgf（294.2N）试验力作用下，保持20s，所测得的布氏硬度值为600。

在以前的标准中，符号HB或HBS表示使用钢球压头，而符号HBW表示使用碳化钨球压头。由于钢球压头在使用中会趋于变平而导致硬度值错误的升高，而使用碳化钨压头可以改进这一情况，因此，在最新的GB/T 231.1—2009及ASTME10-12标准中，已取消使用钢球压头。