布氏硬度数计算器 – 材料测试
输入试验载荷、球直径和压痕直径，即可计算任意材料的布氏硬度数（BHN）。
输入布氏硬度试验参数，确定 BHN 值，并评估材料对永久变形的抵抗能力。
布氏硬度数计算器 – 材料测试
输入试验载荷、球直径和压痕直径，即可计算任意材料的布氏硬度数（BHN）。
关于布氏硬度数计算器
布氏硬度试验是测量金属和合金硬度最古老、应用最广泛的方法之一。在材料科学中，硬度是材料抵抗永久塑性变形的能力，具体来说，就是抵抗更硬物体压入其表面的能力。布氏试验通过在受控载荷下，将规定直径的硬化钢球或硬质合金球压入材料表面，然后测量形成的圆形压痕直径来量化这种抵抗能力。
该试验由瑞典工程师约翰·奥古斯特·布氏于 1900 年提出，作为金属质量控制的快速实用方法。它至今仍被 ASTM E10 和 ISO 6506 等国际标准采用，尤其适合铸铁、铝合金和锻件等粗晶材料；这类材料若采用微压痕方法，容易受损或得到误导性的结果。
布氏硬度数的计算公式为：BHN = 2F / (π × D × (D − √(D² − d²)))。其中 F 为施加载荷，单位是千克力（kgf）；D 为压头球直径，单位是毫米；d 为测得的压痕直径，单位是毫米。分母计算的是基于球冠几何得到的曲面球形面积，将载荷除以该面积即可得到以 kgf/mm² 表示的硬度，通常记作 HB。
标准试验条件由相关标准规定。最常见的组合是：对钢和铸铁采用 10 mm 球和 3000 kgf 载荷（力径比 F/D² = 30）；对铝等较轻合金采用 10 mm 球和 1000 kgf 载荷（F/D² = 10）；对薄截面采用 5 mm 球和 250 kgf 载荷。载荷必须在 10–15 秒内平稳施加，并保持规定保荷时间，钢材通常为 10–15 秒。
典型布氏硬度范围有助于结果解读。纯软金属如铜或铝通常为 20–100 HB。正火状态的中碳钢通常为 130–200 HB。高强度合金钢在淬火并回火后可达到 300–450 HB。布氏标度一般适用于低于约 450 HB 的材料，因为更硬的材料往往会把压头球压扁，而不是让试样产生标准压痕。
布氏硬度与其他硬度标度以及抗拉强度之间存在经验相关性。钢材常用近似关系为 UTS (MPa) ≈ 3.45 × BHN，适用于 100–400 HB 范围内的钢。这一关系常用于铸造和制造业中的快速质量评估，无需进行完整拉伸试验。布氏试验的另一优点是，大面积压痕能够平均掉夹杂物、孔隙和晶界等显微组织特征，从而给出更具代表性的整体硬度值。
布氏硬度试验示例
使用标准布氏试验参数进行的常见材料硬度测量。
| 试验参数 | BHN 结果 | 材料 / 应用 |
|---|---|---|
| F = 3000 kgf, D = 10 mm, d = 3.2 mm | ≈ 363 HB | 典型低碳钢或正火中碳钢。3000 kgf / 10 mm 组合是 ASTM E10 规定的钢材标准试验条件。 |
| F = 1000 kgf, D = 10 mm, d = 3.6 mm | ≈ 95 HB | 铝合金（如 6061-T6）。较轻载荷配 10 mm 球。3.6 mm 的压痕直径在该载荷下对热处理铝较为典型。 |
| F = 250 kgf, D = 5 mm, d = 1.44 mm | ≈ 150 HB | 黄铜或青铜，配 5 mm 球和 250 kgf。小球适用于薄壁零件或 10 mm 球会影响结果的部位。 |
| F = 3000 kgf, D = 10 mm, d = 2.1 mm | ≈ 856 HB | 淬硬工具钢或白口铸铁，压痕很小。高于约 450 HB 的数值应改用洛氏或维氏方法验证，因为可能发生压头球变形。 |
如何使用布氏硬度计算器
- 先选择合适的试验条件：钢和铸铁通常使用 10 mm 球和 3000 kgf；铜和铝合金通常使用 10 mm 球和 1000 kgf；较薄截面可使用 5 mm 球和 250 kgf。
- 输入试验过程中施加的载荷，单位为千克力（kgf）。不要换算成牛顿——BHN 公式直接使用 kgf。
- 输入硬化钢球或硬质合金压头的直径，单位为毫米。
- 使用经过校准的光学显微镜或测量放大镜测量试样上留下的圆形压痕直径，然后输入该数值（毫米）。
- 点击“计算硬度”即可得到 BHN 值。将结果与该材料的公开硬度范围对比，评估其状态及是否适合预期用途。
常见问题
什么是布氏硬度数（BHN 或 HB）？
布氏硬度数是一个用于量化材料抗压痕能力的数值。它通过将施加载荷（kgf）除以球形压痕的曲面面积（mm²）得到。BHN 越高，材料越硬。钢通常在 100 到 500 HB 之间，而铝合金通常在 20–150 HB 之间。
布氏（HB）、维氏（HV）和洛氏（HR）硬度有什么区别？
这三种方法都测量压痕硬度，但在压头形状、施加载荷和测量方式上不同。布氏法使用大钢球并测量压痕直径，最适合粗晶材料。维氏法使用金字塔形金刚石并测量对角线长度，适合薄截面和较宽硬度范围。洛氏法测量压痕深度并直接在表盘上读数，最适合批量生产检测。对钢材而言，在约 400 以下时 HB ≈ HV；HB ≈ 10 × HRC 可作为粗略经验关系。
为什么压痕直径必须小于球直径？
布氏公式假设压痕是一个球冠，也就是球面的一部分，其半径等于球半径。如果压痕直径等于或超过球直径，就说明压头已在正常试验条件下不可能地沉入材料、超过了球的赤道，这通常意味着材料极软、读数错误，或数据录入出错。
实际中如何测量压痕直径？
卸载后，使用带校准目镜刻线的低倍显微镜测量圆形压痕，通常精度可达 ±0.02 mm。为了考虑轻微椭圆性，会在压痕两条互相垂直的方向各测一次并取平均。压痕表面不得有缺陷，试样必须平整，且厚度至少为压痕深度的 10 倍。
我的材料应该使用多大的载荷和球径？
应选择使压痕直径落在 0.24D 到 0.6D 之间的 F/D² 比值，以获得有效结果。钢和铸铁使用 F/D² = 30（3000 kgf / 10 mm 球）；铜、黄铜和铝使用 F/D² = 10（1000 kgf / 10 mm 球）；轻合金和轴承金属使用 F/D² = 5（500 kgf / 10 mm 球）。ASTM E10 提供了完整的选型指南。
布氏硬度可以换算成抗拉强度吗？
可以。对于碳钢和低合金钢，已有成熟的经验关系：UTS (MPa) ≈ 3.45 × BHN，适用于 100–400 HB 范围。这种近似常用于铸造厂进行快速质量检查。对不锈钢、有色合金和铸铁，这种换算可靠性较低，应查阅专门的换算表。