🔩 布氏硬度
用规定试验力将硬质合金球压入金属表面测定硬度。代号 HBW — 适用于钢、铸铁和有色金属的通用方法。
要点速览
- 标准: PN-EN ISO 6506-1:2014
- 类别: 建筑
- 操作步骤数: 10
- 各步骤合计时间: 24 分钟–34 分钟
- 压球直径: 1；2,5；5；10 mm（硬质合金 HBW）
- 试验力: 9,807 N 至 29 420 N（1 kgf 至 3000 kgf）
- F/D² 比: 1；2,5；5；10；15；30（标准化）
概述
布氏法是最古老、应用最广泛的金属硬度测量方法之一，由瑞典工程师 Johan August Brinell 于 1900 年提出。方法是在标准试验力 F 下将直径 D（1；2,5；5 或 10 mm）的硬质合金球（代号 HBW）压入被测材料表面，随后量测所形成压痕的直径。
布氏硬度特别适用于组织粗大或不均匀的材料，如铸铁、铸件、锻件和低合金钢。较大的压球留下相对较大的压痕，可平均材料中的局部硬度差异（如铸铁中的石墨）。该方法不适用于很硬的材料（>650 HBW）— 此时应采用维氏或洛氏法。
PN-EN ISO 6506-1 标准规定了试验条件：试验力与压球直径平方之比（0,102 × F/D²）须为标准化数值之一（1；2,5；5；10；15；30）。对钢材，F/D² = 30 为标准（即 10 mm 压球，力 29,42 kN = 3000 kgf）。钢材的试验力保持时间为 10–15 s。
布氏硬度结果的书写格式如：200 HBW 10/3000/15，其中 200 为硬度值，10 — 压球直径 [mm]，3000 — 试验力 [kgf]，15 — 保持时间 [s]。
方法原理
在试验力 F 下将直径 D 的硬质合金球（HBW）压入被测材料表面并保持规定时间。试验力在 2–8 s 内加至最终值，并保持 10–15 s（钢材）。卸载后用读数显微镜在两个互相垂直的方向量测压痕直径 d。布氏硬度按下式计算：HBW = 0,102 × 2F /（πD(D - √(D² - d²))），或依据实测压痕直径从 PN-EN ISO 6506-4 的表中查得。
应用领域
- 结构钢和机械用钢质量控制
- 灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁检验
- 锻件和铸件验收检验
- 有色金属（铝、铜、青铜）检验
- 热处理后材料状态评定
- 硬度与抗拉强度的相关（Rm ≈ 3,5 × HBW）
- 失效分析 — 材料劣化评定
关键参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 压球直径 | 1；2,5；5；10 mm（硬质合金 HBW） |
| 试验力 | 9,807 N 至 29 420 N（1 kgf 至 3000 kgf） |
| F/D² 比 | 1；2,5；5；10；15；30（标准化） |
| 保持时间 | 10–15 s（钢）、10–180 s（有色金属） |
| 硬度范围 | ≤650 HBW（更高时改用维氏法） |
| d 的量测准确度 | 压痕直径的 ±0,5% |
标准
- 标准编号
- PN-EN ISO 6506-1:2014
- 标准名称（波兰语）
- Metale — Pomiar twardości sposobem Brinella — Część 1: Metoda badań
- 标准名称（英语）
- Metallic materials — Brinell hardness test — Part 1: Test method
分步操作程序
-
试样表面制备
被测表面须光滑（Ra ≤ 1,6 µm）、平整且无氧化皮。必要时用 P240–P600 砂纸打磨。脱脂。
-
试验参数选择
按材料和试样厚度选择压球直径 D 和试验力 F。钢材：D = 10 mm，F = 29 420 N（F/D² = 30）。试样厚度须 ≥ 8d。
-
硬度计核查
在有证标准块上测量。结果须落在证书不确定度范围内。若否 — 须校准。
-
试样放置
将试样置于硬度计工作台上。确保支承稳固（不得移动或变形）。调平。
-
压痕操作
施加初试验力。在 2–8 s 内增至最终力 F。保持 10–15 s。卸载。
-
压痕直径量测
用显微镜在两个互相垂直方向量测压痕直径 d。取平均值。直径须满足：0,24D ≤ d ≤ 0,6D。
-
硬度计算
按公式计算 HBW 或从 PN-EN ISO 6506-4 表中查取。以完整格式记录结果（如 185 HBW 10/3000/15）。
-
补充压痕
至少打 3 个压痕。压痕中心间距 ≥ 3d，距边缘 ≥ 2,5d。
-
最终结果计算
结果 = 至少 3 次测量的算术平均值。评估离散度 — 若偏离平均值 >5%，须查明原因。
-
记录
编制报告：材料、尺寸、试验条件（D、F、t）、各压痕结果、平均值、依据标准。
所需设备与仪器
| 设备 | 示例 | 参考价格 |
|---|---|---|
| 台式布氏硬度计 | EMCO DuraVision G5、Wolpert/Wilson UH4000、Zwick/Roell ZHU | 30 000–120 000 PLN |
| 硬质合金压球组 | HBW 压球：Ø1、2,5、5、10 mm — 符合 ISO 6506-3 的有证产品 | 200–800 PLN / 套 |
| 压痕读数显微镜 | 硬度计集成式或外置式，放大倍率 20×–50× | 3 000–15 000 PLN |
| 硬度标准块 | 符合 ISO 6506-3 的有证 CRM，如 200 HBW、400 HBW | 500–2 000 PLN / 块 |
| 试样承载台和砧座 | 可调式，配 V 形块以承放圆柱形试样 | 1 000–5 000 PLN |
试剂、培养基与耗材
| 试剂 | CAS | 详情 |
|---|---|---|
| 硬度标准块 | — | 硬度计校准用有证标准物质 CRM，2–3 个量程 |
| 砂纸（表面制备） | — | P120–P600 粒度，用于打磨试样表面（Ra ≤ 1,6 µm） |
| 异丙醇 | 67-63-0 | 试验前对试样表面脱脂 |
职业健康与安全
- 硬度计 — 压头下降时有夹伤手指风险，切勿用手扶持试样
- 金属试样较重 — 搬运时有受伤风险
- 打磨产生金属屑 — 必须佩戴护目镜
- 异丙醇 — 易燃，须远离火源使用
常见问题
该检测依据哪项标准？
该检测依据的标准为 PN-EN ISO 6506-1:2014 — 《Metallic materials — Brinell hardness test — Part 1: Test method》。
该方法的原理是什么？
在试验力 F 下将直径 D 的硬质合金球（HBW）压入被测材料表面并保持规定时间。试验力在 2–8 s 内加至最终值，并保持 10–15 s（钢材）。
测量范围和准确度是多少？
压球直径：1；2,5；5；10 mm（硬质合金 HBW）；试验力：9,807 N 至 29 420 N（1 kgf 至 3000 kgf）；F/D² 比：1；2,5；5；10；15；30（标准化）；保持时间：10–15 s（钢）、10–180 s（有色金属）。
完成检测需要多长时间？
各步骤所列时间合计约为 24 分钟–34 分钟。整个程序共 10 个步骤。
需要哪些设备？
台式布氏硬度计、硬质合金压球组、压痕读数显微镜、硬度标准块、试样承载台和砧座。核心仪器的参考价格（台式布氏硬度计）：30 000–120 000 PLN。
该检测用于哪些场景？
结构钢和机械用钢质量控制；灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁检验；锻件和铸件验收检验；有色金属（铝、铜、青铜）检验；热处理后材料状态评定；硬度与抗拉强度的相关（Rm ≈ 3,5 × HBW）；失效分析 — 材料劣化评定。
需要采取哪些安全防护措施？
硬度计 — 压头下降时有夹伤手指风险，切勿用手扶持试样；金属试样较重 — 搬运时有受伤风险；打磨产生金属屑 — 必须佩戴护目镜；异丙醇 — 易燃，须远离火源使用。
哪家实验室可以开展此项检测？
该检测由通过 ISO/IEC 17025 认可的实验室开展。在 LabCoda 上可按标准编号检索 PN-EN ISO 6506-1。