標準代號：ASTM E10-15

中文名稱：金屬材料布氏硬度標準試驗方法

英文名稱：Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials

批準日期：2015年5月1日

發(fā)布日期：2015年6月

替代情況：替代ASTM E10-14

ICS 分類代碼：77.040.10 （金屬力學試驗）

UNSPSC 分類代碼：41114611（硬度計）

本標準的歷次發(fā)布情況：

ASTM E10-14 2014年5月1日批準，2014年8月發(fā)布

ASTM E10-12 2012年1月1日批準，2012年3月發(fā)布

ASTM E10-10

ASTM E10-08

ASTM E10-07e1

ASTM E10-07a

ASTM E10-07

版本修訂概要：

修訂了附錄A1.5.2.3章節(jié)。

標準簡介：

本試驗方法包含了使用布氏壓痕硬度原理對金屬材料進行布氏硬度的測定。本標準同時

規(guī)定了布氏硬度計的要求，以及進行布氏硬度試驗的步驟。

正文預覽

1. 范圍

1.1 本試驗方法包含了使用布氏壓痕硬度原理對金屬材料進行布氏硬度的測定。本標準同時

規(guī)定了布氏硬度計的要求，以及進行布氏硬度試驗的步驟。

1.2 在以下四個附件中，包括了本標準的附加要求：

布氏硬度計的檢驗 附件 A1

布氏硬度標準機 附件 A2

布氏硬度壓頭的標定 附件 A3

布氏硬度試驗塊的標定 附件 A4

1.3 在本標準的以下附錄中，包括了與布氏硬度試驗相關的非強制性信息：

布氏硬度值表 附錄X1

計算布氏硬度不確定度程序的示例 附錄X2

1.4 在發(fā)明布氏硬度試驗時，力值是以千克力（kgf）為單位的。盡管本標準中力值

的單位是使用國際單位（SI）的牛頓（N），但由于kgf 單位的歷史慣例繼續(xù)通用，所有以

kgf 為單位的力值被給出作為參考，且本標準中很多關于力值的討論引用的是以kgf 為單位

的。

1.5 本標準并未對其使用中相關的所有安全問題作出特意說明，如果存在安全問題的話。本

標準的用戶有責任在使用本標準之前，建立合理的安全和健康規(guī)范并確定規(guī)章的可行性。

2. 引用文件

2.1 ASTM 標準：

E29 《在確認與技術條件相符性中檢測數(shù)據(jù)有效數(shù)字的使用規(guī)范》

E74 《用于檢驗試驗機顯示力值的測力儀器校準規(guī)范》

E140 《金屬硬度換算表布氏硬度、維氏硬度、洛氏硬度、表面洛氏硬度、努氏硬度、肖氏硬度及里氏硬度之間關系》

E384 《材料努氏硬度和維氏硬度試驗方法》

2.2 美國軸承制造協(xié)會標準

ABMA 10-1989 《金屬球》

2.3 ISO 標準

ISO/IEC 17011 《合格評定——合格評定認可機構的通用要求》

ISO/IEC 17025 《檢測和校準實驗室能力的通用要求》

3. 術語及公式

3.1 定義

3.1.1 校準——通過與標準儀器顯示的值或一組參考標準進行比較，確定重要參數(shù)的值。

3.1.2 檢驗——通過檢查或測試來確認符合規(guī)范。

3.1.3 標定——通過檢驗或校準使其符合已知標準。

3.1.4 布氏硬度試驗——一種壓痕硬度試驗，使用經(jīng)過檢驗的設備，在規(guī)定的條件下加力

將壓頭（直徑為D的硬質合金球）壓入被測材料的表面。卸除力之后，測量試驗產生壓痕的

直徑d。

3.1.5 布氏硬度數(shù)值——一個數(shù)值，該值與試驗力除以壓痕表面積獲得的商成正比。壓痕被

看做球形，且被認為具有壓球的直徑。

3.1.6 布氏硬度標尺——表示布氏硬度試驗使用的壓球直徑及試驗力的特定組合的一個代號。

3.1.7 布氏硬度計——用于一般試驗目的的布氏硬度試驗設備。

3.1.8 布氏硬度標準機——用于對布氏硬度試塊進行標定的布氏硬度計。標準機與常規(guī)布氏

硬度計的區(qū)別是，前者的某些參數(shù)有更小的允差。

3.1.9 試驗力-球直徑平方的比率——試驗力（kgf）除以壓頭直徑（mm）平方的比值（見表

1）。

3.2 公式

3.2.1 布氏硬度由下式計算：

HBW=2F/(πD(D-(D^2-d^2)^0.5))

其中：

F=試驗力，單位為kgf，

D=壓球直徑，單位為mm，

d=壓痕的測量平均直徑，mm（見表1）。

3.2.2 布氏硬度機在每一硬度級別，在特定的檢定狀態(tài)下的操作重復性R，通過在標準化硬

度塊上n 個壓痕的直徑測量值的范圍估計而來，以作為性能檢定的一部分，定義為：

R=d max - d min

其中：

d max =最大測量壓痕的平均直徑

d min =最小測量壓痕的平均直徑

3.2.3 一組n 個布氏硬度測量值H1、H2、…、Hn 的平均值H按下式計算：

H=(H1+H2+...+Hn)/n

3.2.4 布氏硬度機在每一硬度級別性能的誤差E 按下式計算：

E=H- H STD

其中：

H（公式3）=作為性能檢定的一部分，在標準化硬度塊上得到的n 個硬度值H1、H2、…、

Hn 的平均值

H STD=標準化硬度塊認證的平均硬度值

3.2.5 壓痕的平均直徑按下式計算：

d=(d1+d2+...+dn)/n

其中：

d1、d2、…、dn=測量的壓痕直徑，單位為mm

n=直徑測量次數(shù)

3.2.6 一組壓痕平均直徑的平均值d 按下式計算：

d=(d1+d2+...+dN)/N

其中：

d1、d2、…、dN=壓痕平均直徑，單位為mm

N=壓痕數(shù)量（見附件A4）

4. 意義及用途

4.1 布氏硬度試驗是一種壓痕硬度試驗，能夠提供金屬材料的有用信息。該信息可以與金屬

材料的抗拉強度、耐磨抗力、延展性及其他物理特性聯(lián)系，并可在質量控制及選材過程中發(fā)

揮作用。

4.2 布氏硬度試驗作為一種商業(yè)交付時的驗收檢驗被普遍接受，此用途在工業(yè)中一直應用廣泛。

4.3 在零件特定區(qū)域進行的布氏硬度試驗可能不能夠代表整個零件或最終產品的物理特性。

5. 試驗原理及設備

5.1 布氏硬度試驗原理——布氏硬度試驗通常包括兩個步驟（見圖1）。

5.1.1 步驟1——壓頭以垂直表面方向接觸到試樣，并施加試驗力F。試驗力按規(guī)定的保荷

時間保荷，隨后移除。

5.1.2 步驟2——應至少在互相垂直的兩個方向測量壓痕直徑。布氏硬度值由測量直徑的平

均值得到。

5.2 布氏硬度試驗設備——進行布氏硬度試驗的設備，通常包括一臺試驗機，試驗機能支撐

試樣并對與試樣接觸的壓頭施加壓入力；以及一個按布氏硬度試驗原則測量壓痕平均直徑的

系統(tǒng)。試驗設備的設計應能保證在施加力時，壓頭或試樣不會發(fā)生晃動或水平運動。試驗設

備的設計應能保證對壓頭施加的力是平穩(wěn)的，且沒有沖擊力。應有措施防止因系統(tǒng)慣性、液

壓系統(tǒng)過沖等造成的瞬時高試驗力。

5.2.1 參見設備制造商說明書關于設備特性、限制及各自操作程序的描述。

5.2.2 砧座——是一個砧座或試樣支撐塊，應與被試驗的試樣相適應。所有砧座的基座面及

支撐面應干凈且無外來物。通常，僅在砧座不能支撐試驗平面使其與壓頭垂直，或其被視為

不安全時，砧座才需要被替換。

圖1 試驗原則

5.2.3 壓頭——布氏硬度壓頭應為硬質合金球，有四種允許直徑（1、2.5、5 及10mm）。壓頭

應符合附件A3 規(guī)定的要求。

5.2.4 油污、灰塵或其他外來物不允許在壓頭上積聚，因為這些會影響試驗結果。

5.2.5 測量裝置——用做測量布氏壓痕直徑的測量裝置，可以是硬度試驗機的一部分或一個

分離的獨立裝置。允許的測量裝置被分為兩個類型。A 型裝置包括具有某種類型指示器的移

動測量線、或電子計算機測量系統(tǒng)、或圖像分析系統(tǒng)的顯微鏡。B 型裝置是具有固定測量線

的手持顯微鏡（通常為20×或40×）。

5.2.5.1 A 型裝置——A 型裝置的可接受最小分辨率在表2 給出。

5.2.5.2 B 型裝置——B 型裝置的刻度線允許最大間距在表2 中給出。B 型裝置不允許用來測

量2.5mm 及1mm 壓頭形成的壓痕。

表2 壓痕測量裝置的分辨率及刻度線間距

A 型B 型

壓頭直徑最小顯示分辨率 刻度線最大間距

mmmmmm

10  0.0100 0.100

5 0.0050 0.050

2.5 0.0025 -

1 0.0020 -

5.3 檢驗——布氏硬度試驗設備及壓痕測量裝置應按照附件A1 進行周期性檢驗。

5.4 試塊——滿足附件A4 要求的試塊應被用來對試驗設備按附件A1 進行檢驗。

5.5 布氏硬度標尺——布氏硬度標尺為壓頭及試驗力的組合。標準布氏硬度標尺及試驗力在

表3 中給出，對應的試驗力-球直徑平方的比率（見表1）為1、1.25、2.5、5、10 及30。布

氏硬度值應按照這些標準標尺進行測定并報告。其他使用非標準試驗力的標尺，可以在特定

允許的情況下使用。其他標尺及相應試驗力-球直徑平方的比率（括號中）的例子有：

HBW10/750(7.5)、HBW10/2000(20)、HBW10/2500(25)、HBW5/187.5(7.5)及HBW5/500(20)。

5.6 布氏硬度值的計算——布氏硬度值應按公式1 使用壓痕平均直徑d 來計算，或者使用從

附錄X1 給出的值來計算。

5.6.1 布氏硬度值不能以一個單獨的數(shù)值表示，因為有必要指出試驗中使用的壓頭及試驗力

（見表3）。布氏硬度值之后應是符號HBW，并按以下順序指出相關的試驗條件：

5.6.1.1 壓球直徑，mm

5.6.1.2 代表試驗力的值，kgf（見表3）

5.6.1.3 若試驗力保荷時間不是10s-15s，還應指出保荷時間

5.6.2 上述要求的唯一例外是使用HBW10/3000 標尺，且保荷時間是10s-15s。僅在這種情況

下，布氏硬度標尺可以以HBW 報告。

5.6.3 示例：

220HBW=以10mm 壓頭，使用29.42kN(3000kgf)的試驗力，保荷時間為10s-15s，得到

的布氏硬度值為220。

350HBW 5/750=以5mm 壓頭，使用7.355kN(750kgf)的試驗力，保荷時間為10s-15s，得

到的布氏硬度值為350。

600HBW 1/30/20=以1mm 壓頭，使用294.2N(30kgf)的試驗力，保荷時間為20s，得到

的布氏硬度值為600。