布氏硬度相似原理及其应用
在进行布氏硬度试验时，照常理分析，即用同一球体对应同一试样，当变换试验力时，凹印面积会有变化，试验力大压痕深，凹印面积大；试验力小压痕浅，凹印面积小，但单位面积上的抗力应是相同的，即布氏硬度值应为常数。对于不同硬软的试样，当变换试验力时应有对应的差值 ，保证不同材料的可比性。实际上，在硬度检测中试验力与球任意变换时，直径的变化与凹印面积的变化在球冠与接年球径处是非线性关系的，对于硬较差异大的材料，压头压入深浅不同其应力状况也是复杂的。所以，上述理想状况不存在。也就是说，在布氏硬度试验中，不能任意选择压头和试验力，必须遵守一定的规则，这就提出了相似原理问题。
相似原理的应用，在布氏硬度试验方法中非常重要的，对它应有清楚的认识和理解才能运用自如和获得较准确以及可比较的数据。对于硬度不同的各种材料，如能采用变换试验力和相应变换压头球径的办法获得统一的压入角，这就可能获得准确的可比的硬度值。但在实际工作中，由于材料的千差万别，不同材料硬度值的变化范围很大，目前还不能实现这一技术要求。因此，进行布氏硬度试验时，为了得到较理想的结果和技术上又便于实现的办法，注意选择试验力和球的合理搭配，控制压入角和压痕直径在一定范围内变化，就能获得对同一种材料有相同的硬度值；对不同硬度的材料能获得可比较的硬度值的结果。
实践证明，即使同一种材料，用固定直径的球形压头，其硬度值随着试验力的改变也会存在着差异。其关系见图1。
图1中球体直径不变，仅试验力变化而引起球体压入深度变化，压痕和压入角将相应发生变化，图1中是钢球直径为φ10 mm，布氏硬度值分别为228 HBS 10/3000/30；100 HBS 10/1000/30；16 HBS 10/500/30三种不同材料试样。在变换试验力的情况下所得到的布氏硬度值与压痕直径之比的关系曲线。
由图1可以看出，当试样硬度高，用直径D=10 mm钢球，试验力F为29.42 kN(3000 kgf)时，其压痕直径d等于0.24D，HB值低于220，如选用4.903 kN(500 kgf)试验力时，压痕直径小于0.2D，HB值更低一些。但当试样硬度较低时（46 HBS 试样）用φ10 mm，钢球若选 用29.42 kN(3000 kgf)试验力，其压痕直径d在0.8D以上，此时压入角增大很多，硬度值仅相当于30 HBS。对于这一试样如选用4.903 kN（500 kgf）或90908 kN（1000 kfg）试验力，压径直径落在0.24—0.6D之间，用4.903 kN试验力的压痕直径正好约为0.37D，得到的硬度值很准确的。
从图1和以上文字叙述中可看出，布氏硬度试验中，根据被试材料的硬软、压头球径大小和试验力大小的合理选用，可以控制压痕直径和压入角的大小。根据GB 231.1-2002规定，压痕直径应控制在0.24D—0.6D之间，最理想的直径为0.375D，压入角应在28°—74°之间，最理想的为角为44°，此时球体压印的外切交角为152°—106°之间，最理想的为136°。因此当直径低于0.24D或高于0.6D时都无法从压痕直径、试验力与硬度值对照表中查到数据。
沈阳天星试验仪器有限公司所生产的剪销式布氏硬度计就是根据布氏的相似原理制造的。其试验力F=1580 kgf，压头直径D=7.26 mm，F/D2值等于30，完全符合布氏相似性原理等效于3000 kfg力，10 mm球。