漫谈布氏硬度

个人推测，李其龙已经是一个很不错的“一线实干家”[6]。但是，即便如此，看看他总结的“布氏硬度”梗概[1]，也可以知道，李其龙对于布氏硬度的理解还是很粗糙的，即便会用，也并不能解释很多细节部分的“所以然”。

再有，硬度，这一特殊的技术，采用国际单位制SI，真的是一场“灾难”。反正，我个人是无法适应。我还是习惯“公斤”。看着因为制式的变化而加入的“系数”，真是感觉“一锅粥”。

至于说布氏硬度测量数据的“单位”问题，这是一个“真问题”，李其龙，并不清楚，还认为是“有单位”的。

个人理解，能够搞明白布氏硬度，其他压入式硬度认识，都可以迎刃而解。

参考资料：

[1] http://blog.sciencenet.cn/blog-749813-679587.html    漫谈布氏硬度  李其龙（合肥波林新材料股份有限公司？）    已有 5099 次阅读2013-4-12 17:35

漫谈布氏硬度

李其龙（合肥波林新材料股份有限公司？）

HBW和HBS的区别？布氏硬度单位是什么，试验压力压头如何选择？布氏硬度与其它硬度的大致换算是什么？想知道这些东西，请您耐心阅读完本博文。

硬度，是衡量材料软硬程度的一个性能指标。布氏硬度（Brinell Hardness）由瑞典工程师布林南尔（Johan A. Brinell）于1900年提出。现已成为最常用的硬度试验法之一，采用静负荷压入法，其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。

布氏硬度的国家标准最早是GB/T 231-84《金属布氏硬度试验方法》，1984年04月09日发布，1986年03月01日实施。标准规定，布氏硬度试验用钢球压头进行试验的用HBS表示，适用于布氏硬度值在45（450？）以下的材料；用硬质合金球头试验的用HBW表示，适用于布氏硬度值在650以下的数值；同时有小字注明，硬度值超过350时，两者得到的试验数值明显不同。

有经验表明，同样的试块，当其它试验条件完全相同的情况下，两种试验结果不同，HBW值往往大于HBS值，而且并无定量的规律所循，造成这种差异的原因是：随着被检材料硬度的提高，因为淬硬钢球在压入被检材料时，自身的变形会越来越大，从而造成越来越大的测量误差。

从2003年06月01日开始，布氏硬度开始执行新的国家标准：GB/T 231-2002《金属布氏硬度试验》，该标准等效于国际标准BS EN ISO 6506-1《Metallic materials-Brinell Hardness test》，本标准取消了钢球压头，全部采用硬质合金球头。因此HBS停止使用，全部用HBW表示布氏硬度符号。

布氏硬度的现行标准为GB/T 231-2009，2010年04月01日实施，该标准继续等效于BS EN ISO 6506-1，在试验压头和硬度表示方面继续沿用GB/T 231.1-2002标准。也就是说，现行标准中不存在HB和HBS的说法，布氏硬度的唯一表示方式是HBW。

布氏硬度测定原理，是用一定大小的试验力F（N），把直径为D（mm）的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面，保持规定时间后卸除试验力，用读数显微镜测出压痕平均直径d（mm），然后按公式求出硬度值（注：力/压痕表面积，这个不了解有些说不过去。）。由于金属材料有硬有软，被测工件有厚有薄，有大有小，如果只采用一种标准的试验力F和压头直径D，就会出现对某些工件和材料的不适应的现象。因此，在生产中进行布氏硬度试验时，要求能使用不同大小的试验力和压头直径。

对于同一种材料采用不同的F和D进行试验时，能否得到同一的布氏硬度值，关键在于压痕几何形状的相似，即可建立F和D的某种选配关系，以保证布氏硬度的不变性。

布氏硬度一般有4种压头，10、5、2.5、1mm，试验时依据材料大概的硬度范围和材质选择“试验力-球直径平方的比率”，再依据试件的厚度和机器实际的试验力选择相对应的试验力和压头。试验力应保证压痕直径d=（0.24~0.6）D，结果才有效。为了保证在尽可能大的代表性的试样区域试验，应尽可能选取大直径压头；当试样尺寸条件允许时，应优先选用10mm的球压头进行试验。任一压痕中心距离试样边缘至少为压痕平均直径的2.5倍；两相邻压痕中心间距离至少应为压痕平均直径的3倍；应在两相互垂直方向上测量压痕直径，用平均值计算布氏硬度。

布氏硬度值越小，材料越软，其压痕直径越大；反之，布氏硬度值越大，材料越硬，其压痕直径越小。比如：170HBW10/1000/30表示用直径10mm的钢球，在9807 N（1000kgf）的试验载荷作用下，保持30s时测得的布氏硬度值为170；530HBW5/750表示用直径5 mm的硬质合金球，在7355N（750kgf）的试验载荷作用下，保持10～15s时测得的布氏硬度值为530。布氏硬度测量的优点是具有较高的测量精度，压痕面积大，能在较大范围内反映材料的平均硬度，测得的硬度值也较准确，数据重复性强。比如铁基、铜基粉末冶金材料，材料本身存在着空隙，不可避免的存在着一些软点，这类材料适宜于采用布氏硬度测试。

布氏硬度试验的一般试样要求是：① 试样表面应光滑和平坦，并且不应有氧化皮及外界污物，尤其不应有油脂；试样表面应能保证压痕直径的精确测量，表面粗糙度参数Ra一般不大于1. 6 um；② 制备试样时，应使过热或冷加工等因素对表面性能的影响减至最小；③ 试样厚度至少应为压痕深度的8倍；试验后，试样背后如出现可见变形，则表明试样太薄。

硬度，是材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力，它是衡量金属材料软硬的指标。从布氏硬度计算公式上看，布氏硬度的单位是N/mm2，也就是MPa；从计算所得数值和硬度值对应关系上看，布氏硬度的单位是Kgf/mm2，比如压头直径为10mm，压力为3000 Kgf（29420N），压痕直径为4mm，根据布氏硬度公式，算出来的值分别是2244 N/mm2、228.8Kgf/mm2（周以足. 详究布氏硬度单位.pdf. 职业技术教育[J], 1996.06:35），查得的硬度数值是229，有此可见硬度数值和Kgf/mm2对应的更好。

布氏硬度的单位，现行标准中没有明确说明，我们只要按照标准中的规定去书写就可以了。

本人认为，布氏硬度本身就是硬度的一个单位（注：非也，只是一种方法。），要继续追问布氏硬度到底有没有单位，已经没有实在意义了；这就好比，分钟是时间的一个单位，还要再继续追问分钟有没有单位（注：这个比喻很烂。）。

布氏硬度数值到底和材料强度有什么关系呢？某材料布氏硬度为229HBW，是否就意味着该材料的强度是229 N/mm2或229Kgf/mm2呢？答案是否定的。（注：关键在于物理意义不明晰。）

材料的硬度值与强度值有一定的经验关系，对钢来说，二者关系近似线性，即：σb≈9.8/3 HBW（MPa）（在150~400HBW之间时）。

布氏硬度和其它硬度之间没有理论上的换算关系，但它们之间存在一些近似关系，这些近似关系只是一定范围内近似成立，比如：当硬度在200-600HBW范围内，HBW≈10HRC，当硬度小于450HBW时， HBW≈HV等，更详细更准确的硬度转换可以参考标准ASTM E 140-05e1《Hardness Conversion Tables for Metals Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop》（？）。

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作者简介：李其龙，男，硕士学历，主要从事材料科学与机械加工方面的研究。Email：[e-mail]

[2] https://www.doc88.com/p-7794821784770.html     GB/T 231-84《金属布氏硬度试验方法》

[3] http://www.doc88.com/p-5078403565237.html   ASTM E140– 07 Standard Hardness Conversion Tables for Metals Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness

[4] https://www.doc88.com/p-90999811990717.html     GB/T 231.1-2018 金属材料 布氏硬度试验 第1部分: 试验方法

[5] https://www.manufacturingguide.com/en/brinell-testing     Brinell testing

Testing method for materials in which a carbide ball is pressed down against the surface and creates an indentation which is measured to estimate the material’s Brinell hardness.

Illustration of Brinell testing

The process

A carbide ball [1] is pressed with a high, predetermined pressure down towards the material [2] to be tested. This pressure is usually maintained for about 10-15 seconds till the creation of an indentation in the material whose diameter can then be calculated and compared in a table for calculating Brinell hardness of the material.

[6] https://blog.sciencenet.cn/blog-749813-1062739.html     这个问题，不好回答    文/李其龙    已有 2641 次阅读    2017-6-24 19:28

今天在办公室，一个实习生，从车间回来，问我，（铁基粉末冶金混合料里面）加的哪些辅料有什么用呀。

我跟他说，这个问题呢，我不好回答，给你举个例子吧。如果我问你，你们学校的老师，是教什么的？你肯定也不好回答。很多个老师，你不知道我说的谁；即使是同一个老师，可能教多个不同的课，不同的班，不同的年级，也会有不同的课。

就那说你问的辅料问题吧，常见的辅料，有石墨、硬脂酸锌等，石墨和硬脂酸锌的作用是不一样的；即使都是石墨，不同的工艺，不同的配方，所产生的作用也可能是不一样的。问问题呢，尽量具体些，技术和生活是相通的。

多想想生活，好多事情就明白了。