4、GB/T 231.1-2018 金属材料 布氏硬度试验 第1部分：试验方法
4.1 试验原理——说白了就是“压个坑”
布氏硬度的原理，我跟你讲，其实特别直观。就是用一定直径的硬质合金球，施加一个规定的试验力，压到金属表面去。保持一段时间后，卸掉力，测量压痕的直径。说白了，就是看材料抗不抗压。
我个人习惯把这个过程叫“压坑法”。你想想看，材料越软，压痕就越大；材料越硬，压痕就越小。布氏硬度值（HBW）就是试验力除以压痕表面积。单位是N/mm²，但一般不写单位。
公式长这样：
HBW = 0.102 × F / A其中：
- F —— 试验力，单位N
- A —— 压痕表面积，单位mm²
- 0.102 —— 这是把牛顿换算成公斤力的系数，老标准里用的kgf，现在统一用N了
压痕表面积A怎么算？它取决于压头直径D和压痕深度h。实际测量中，我们一般不直接测深度，而是测压痕直径d，然后查表或者用公式算。标准里给了详细的表格，我建议你直接查表，省事。
核心要点：布氏硬度测的是压痕直径，不是深度。这一点和洛氏、维氏都不一样。我在项目里见过有人拿洛氏硬度计的思路来理解布氏，结果搞错了测量方法。
4.2 压头与试验力选择——别瞎选，有讲究
压头是硬质合金球，直径有10mm、5mm、2.5mm、1mm四种。最常用的是10mm。试验力从9.807N到29420N不等，跨度很大。
怎么选？标准里有个原则：压痕直径d应该在0.24D到0.6D之间。D是球直径。举个例子，用10mm球，压痕直径应该在2.4mm到6mm之间。如果压痕太小，说明材料太硬，该换小球或者加大力；如果压痕太大，说明材料太软，该换大球或者减小力。
我记得有一次，一个客户拿来一块淬火钢，用10mm球、29420N的力去压，结果压痕直径才1.8mm，明显偏小。我建议他换成5mm球、7355N的力，压痕直径到了2.5mm，数据就合理了。
选力的另一个原则是：试验力与球直径的平方成正比。标准里给出了几个固定的力值，比如：
| 球直径D (mm) | 试验力F (N) | 力值代号 |
|---|---|---|
| 10 | 29420 | HBW 10/3000 |
| 10 | 9807 | HBW 10/1000 |
| 5 | 7355 | HBW 5/750 |
| 2.5 | 1839 | HBW 2.5/187.5 |
你可能会问，为什么力值这么奇怪？其实这些数字是从老标准里的公斤力换算过来的。29420N对应3000kgf，9807N对应1000kgf，以此类推。嗯，这里要注意，写报告的时候一定要写N，别写kgf。
我的经验：对于钢铁材料，一般用HBW 10/3000。对于铜铝等有色金属，用HBW 10/1000或者HBW 5/250。对于特别软的材料，比如铅、锡，用HBW 5/62.5甚至更小的力。选错了力值，数据就没法比了。
4.3 试样厚度要求——太薄了会“透底”
试样厚度有个硬性要求：至少是压痕深度的8倍。为什么？因为如果试样太薄，压头会把材料压穿，或者背面出现鼓包，测出来的硬度值就偏小。
压痕深度h可以估算：h ≈ d² / (4D)。d是压痕直径，D是球直径。举个例子，用10mm球，压痕直径3mm，那么h ≈ 9 / 40 = 0.225mm。试样厚度至少需要0.225 × 8 = 1.8mm。
我曾经遇到过一批薄板试样，厚度只有1.5mm，用10mm球、29420N的力去压，结果背面明显鼓起来了。我赶紧换成5mm球、7355N的力，压痕深度浅了，背面就没事了。
警告：试样背面如果有鼓包，数据直接作废。别想着“差不多就行”，布氏硬度对试样厚度很敏感。我见过有人为了省事，在薄板上硬压，结果数据比实际值低了10%以上。
另外，试样表面要平整、光滑，不能有氧化皮、油污。粗糙度Ra一般要求不大于1.6μm。如果表面太粗糙，压痕边缘不清晰，测量误差会很大。
4.4 压痕测量——眼睛要准，手要稳
压痕测量用的是读数显微镜，精度要求0.01mm。测量时，要测两个互相垂直的方向的直径，取平均值。为什么测两个方向？因为压痕不一定是完美的圆形，可能有点椭圆。如果两个直径差超过0.05mm，说明压头或者试样有问题，得重新做。
我个人习惯是：先测水平方向，再测垂直方向，记下两个数，然后取平均。比如水平方向3.12mm，垂直方向3.14mm，平均就是3.13mm。
测量的时候要注意：
- 压痕边缘要清晰，不能有毛刺
- 显微镜的十字线要对准压痕的边缘
- 读数要估读到0.01mm
你想想看，如果压痕直径测错了0.02mm，硬度值可能就差好几个单位。所以测量这一步，一定要细心。
避坑指南：我曾经遇到一个操作员，测量压痕时总是偏大0.03mm，因为他把显微镜的十字线对准了压痕的“亮边”而不是“暗边”。后来我让他重新校准，数据就正常了。记住，要测的是压痕的实际边缘，不是反光造成的假象。
4.5 硬度计算——查表比手算快
有了压痕直径d，就可以算硬度了。公式是：
HBW = 0.102 × F / (π × D × h)其中h = (D - √(D² - d²)) / 2。这个公式看着复杂，但实际工作中没人手算。标准里给了详细的表格，根据d和D直接查HBW值。我建议你直接查表，又快又准。
举个例子：用10mm球、29420N的力，压痕直径3.13mm，查表得HBW = 381。如果手算，结果也是381，但要多花好几分钟。
不过，有时候表格里没有正好对应的d值，需要插值。比如d=3.13mm，表格里只有3.10mm和3.14mm对应的值，那就取中间值。嗯，这里要注意，插值要线性，别搞复杂了。
我的习惯：我会在电脑里存一份GB/T 231.1的电子版，查表时直接搜索。如果现场没有电脑，就带一本纸质标准。别嫌麻烦，查表比手算靠谱多了。
4.6 结果表示——写清楚，别让人猜
布氏硬度的表示方法有严格规定。格式是：HBW + 球直径 + 试验力 + 保持时间。保持时间如果不在10-15秒范围内，必须写出来。
举个例子：
- HBW 10/3000 20 —— 表示用10mm球、29420N力、保持20秒，硬度值20
- HBW 5/750 —— 表示用5mm球、7355N力、保持10-15秒，硬度值后面跟数字
注意，硬度值要写在最前面还是最后面？标准里写的是：数值在前，符号在后。比如“350 HBW 10/3000”。但实际工作中，很多人写成“HBW 10/3000 350”，两种写法都有。我个人习惯用“350 HBW 10/3000”，因为这样一眼就能看到硬度值。
报告里还要写：
- 试样名称和编号
- 试验温度（如果不是室温）
- 压痕直径（两个方向的值和平均值）
- 硬度值（保留整数）
注意：布氏硬度值只保留整数，不保留小数。比如381.4要写成381，381.6要写成382。四舍五入，别搞错了。我见过有人写了381.4，结果被审核老师打回来重写。
知识体系框架
下面这张图，是我自己画的，把布氏硬度试验的核心逻辑串起来了。你一看就明白。
这张图把六个核心环节串起来了。你从试验原理出发，选好压头和力，确认试样厚度够，然后测压痕、算硬度、写报告。每一步都离不开压痕直径这个核心参数。说白了，布氏硬度就是“压个坑，量一量，查个表”。
好了，这一章的内容就到这儿。布氏硬度看起来简单，但细节不少。我建议你找个试样，亲自做一遍，感受一下。下一章我们聊洛氏硬度，那个又是另一套玩法了。