标准代号：ASTM E10-15

中文名称：金属材料布氏硬度标准试验方法

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

批准日期：2015年5月1日

发布日期：2015年6月

替代情况：替代ASTM E10-14

ICS 分类代码：77.040.10 （金属力学试验）

UNSPSC 分类代码：41114611（硬度计）

本标准的历次发布情况：

ASTM E10-14 2014年5月1日批准，2014年8月发布

ASTM E10-12 2012年1月1日批准，2012年3月发布

ASTM E10-10

ASTM E10-08

ASTM E10-07e1

ASTM E10-07a

ASTM E10-07

版本修订概要：

修订了附录A1.5.2.3章节。

标准简介：

本试验方法包含了使用布氏压痕硬度原理对金属材料进行布氏硬度的测定。本标准同时

规定了布氏硬度计的要求，以及进行布氏硬度试验的步骤。

正文预览

1. 范围

1.1 本试验方法包含了使用布氏压痕硬度原理对金属材料进行布氏硬度的测定。本标准同时

规定了布氏硬度计的要求，以及进行布氏硬度试验的步骤。

1.2 在以下四个附件中，包括了本标准的附加要求：

布氏硬度计的检验 附件 A1

布氏硬度标准机 附件 A2

布氏硬度压头的标定 附件 A3

布氏硬度试验块的标定 附件 A4

1.3 在本标准的以下附录中，包括了与布氏硬度试验相关的非强制性信息：

布氏硬度值表 附录X1

计算布氏硬度不确定度程序的示例 附录X2

1.4 在发明布氏硬度试验时，力值是以千克力（kgf）为单位的。尽管本标准中力值

的单位是使用国际单位（SI）的牛顿（N），但由于kgf 单位的历史惯例继续通用，所有以

kgf 为单位的力值被给出作为参考，且本标准中很多关于力值的讨论引用的是以kgf 为单位

的。

1.5 本标准并未对其使用中相关的所有安全问题作出特意说明，如果存在安全问题的话。本

标准的用户有责任在使用本标准之前，建立合理的安全和健康规范并确定规章的可行性。

2. 引用文件

2.1 ASTM 标准：

E29 《在确认与技术条件相符性中检测数据有效数字的使用规范》

E74 《用于检验试验机显示力值的测力仪器校准规范》

E140 《金属硬度换算表布氏硬度、维氏硬度、洛氏硬度、表面洛氏硬度、努氏硬度、肖氏硬度及里氏硬度之间关系》

E384 《材料努氏硬度和维氏硬度试验方法》

2.2 美国轴承制造协会标准

ABMA 10-1989 《金属球》

2.3 ISO 标准

ISO/IEC 17011 《合格评定——合格评定认可机构的通用要求》

ISO/IEC 17025 《检测和校准实验室能力的通用要求》

3. 术语及公式

3.1 定义

3.1.1 校准——通过与标准仪器显示的值或一组参考标准进行比较，确定重要参数的值。

3.1.2 检验——通过检查或测试来确认符合规范。

3.1.3 标定——通过检验或校准使其符合已知标准。

3.1.4 布氏硬度试验——一种压痕硬度试验，使用经过检验的设备，在规定的条件下加力

将压头（直径为D的硬质合金球）压入被测材料的表面。卸除力之后，测量试验产生压痕的

直径d。

3.1.5 布氏硬度数值——一个数值，该值与试验力除以压痕表面积获得的商成正比。压痕被

看做球形，且被认为具有压球的直径。

3.1.6 布氏硬度标尺——表示布氏硬度试验使用的压球直径及试验力的特定组合的一个代号。

3.1.7 布氏硬度计——用于一般试验目的的布氏硬度试验设备。

3.1.8 布氏硬度标准机——用于对布氏硬度试块进行标定的布氏硬度计。标准机与常规布氏

硬度计的区别是，前者的某些参数有更小的允差。

3.1.9 试验力-球直径平方的比率——试验力（kgf）除以压头直径（mm）平方的比值（见表

1）。

3.2 公式

3.2.1 布氏硬度由下式计算：

HBW=2F/(πD(D-(D^2-d^2)^0.5))

其中：

F=试验力，单位为kgf，

D=压球直径，单位为mm，

d=压痕的测量平均直径，mm（见表1）。

3.2.2 布氏硬度机在每一硬度级别，在特定的检定状态下的操作重复性R，通过在标准化硬

度块上n 个压痕的直径测量值的范围估计而来，以作为性能检定的一部分，定义为：

R=d max - d min

其中：

d max =最大测量压痕的平均直径

d min =最小测量压痕的平均直径

3.2.3 一组n 个布氏硬度测量值H1、H2、…、Hn 的平均值H按下式计算：

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

3.2.4 布氏硬度机在每一硬度级别性能的误差E 按下式计算：

E=H- H STD

其中：

H（公式3）=作为性能检定的一部分，在标准化硬度块上得到的n 个硬度值H1、H2、…、

Hn 的平均值

H STD=标准化硬度块认证的平均硬度值

3.2.5 压痕的平均直径按下式计算：

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

其中：

d1、d2、…、dn=测量的压痕直径，单位为mm

n=直径测量次数

3.2.6 一组压痕平均直径的平均值d 按下式计算：

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

其中：

d1、d2、…、dN=压痕平均直径，单位为mm

N=压痕数量（见附件A4）

4. 意义及用途

4.1 布氏硬度试验是一种压痕硬度试验，能够提供金属材料的有用信息。该信息可以与金属

材料的抗拉强度、耐磨抗力、延展性及其他物理特性联系，并可在质量控制及选材过程中发

挥作用。

4.2 布氏硬度试验作为一种商业交付时的验收检验被普遍接受，此用途在工业中一直应用广泛。

4.3 在零件特定区域进行的布氏硬度试验可能不能够代表整个零件或最终产品的物理特性。

5. 试验原理及设备

5.1 布氏硬度试验原理——布氏硬度试验通常包括两个步骤（见图1）。

5.1.1 步骤1——压头以垂直表面方向接触到试样，并施加试验力F。试验力按规定的保荷

时间保荷，随后移除。

5.1.2 步骤2——应至少在互相垂直的两个方向测量压痕直径。布氏硬度值由测量直径的平

均值得到。

5.2 布氏硬度试验设备——进行布氏硬度试验的设备，通常包括一台试验机，试验机能支撑

试样并对与试样接触的压头施加压入力；以及一个按布氏硬度试验原则测量压痕平均直径的

系统。试验设备的设计应能保证在施加力时，压头或试样不会发生晃动或水平运动。试验设

备的设计应能保证对压头施加的力是平稳的，且没有冲击力。应有措施防止因系统惯性、液

压系统过冲等造成的瞬时高试验力。

5.2.1 参见设备制造商说明书关于设备特性、限制及各自操作程序的描述。

5.2.2 砧座——是一个砧座或试样支撑块，应与被试验的试样相适应。所有砧座的基座面及

支撑面应干净且无外来物。通常，仅在砧座不能支撑试验平面使其与压头垂直，或其被视为

不安全时，砧座才需要被替换。

图1 试验原则

5.2.3 压头——布氏硬度压头应为硬质合金球，有四种允许直径（1、2.5、5 及10mm）。压头

应符合附件A3 规定的要求。

5.2.4 油污、灰尘或其他外来物不允许在压头上积聚，因为这些会影响试验结果。

5.2.5 测量装置——用做测量布氏压痕直径的测量装置，可以是硬度试验机的一部分或一个

分离的独立装置。允许的测量装置被分为两个类型。A 型装置包括具有某种类型指示器的移

动测量线、或电子计算机测量系统、或图像分析系统的显微镜。B 型装置是具有固定测量线

的手持显微镜（通常为20×或40×）。

5.2.5.1 A 型装置——A 型装置的可接受最小分辨率在表2 给出。

5.2.5.2 B 型装置——B 型装置的刻度线允许最大间距在表2 中给出。B 型装置不允许用来测

量2.5mm 及1mm 压头形成的压痕。

表2 压痕测量装置的分辨率及刻度线间距

A 型B 型

压头直径最小显示分辨率 刻度线最大间距

mmmmmm

10  0.0100 0.100

5 0.0050 0.050

2.5 0.0025 -

1 0.0020 -

5.3 检验——布氏硬度试验设备及压痕测量装置应按照附件A1 进行周期性检验。

5.4 试块——满足附件A4 要求的试块应被用来对试验设备按附件A1 进行检验。

5.5 布氏硬度标尺——布氏硬度标尺为压头及试验力的组合。标准布氏硬度标尺及试验力在

表3 中给出，对应的试验力-球直径平方的比率（见表1）为1、1.25、2.5、5、10 及30。布

氏硬度值应按照这些标准标尺进行测定并报告。其他使用非标准试验力的标尺，可以在特定

允许的情况下使用。其他标尺及相应试验力-球直径平方的比率（括号中）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 布氏硬度值的计算——布氏硬度值应按公式1 使用压痕平均直径d 来计算，或者使用从

附录X1 给出的值来计算。

5.6.1 布氏硬度值不能以一个单独的数值表示，因为有必要指出试验中使用的压头及试验力

（见表3）。布氏硬度值之后应是符号HBW，并按以下顺序指出相关的试验条件：

5.6.1.1 压球直径，mm

5.6.1.2 代表试验力的值，kgf（见表3）

5.6.1.3 若试验力保荷时间不是10s-15s，还应指出保荷时间

5.6.2 上述要求的唯一例外是使用HBW10/3000 标尺，且保荷时间是10s-15s。仅在这种情况

下，布氏硬度标尺可以以HBW 报告。

5.6.3 示例：

220HBW=以10mm 压头，使用29.42kN(3000kgf)的试验力，保荷时间为10s-15s，得到

的布氏硬度值为220。

350HBW 5/750=以5mm 压头，使用7.355kN(750kgf)的试验力，保荷时间为10s-15s，得

到的布氏硬度值为350。

600HBW 1/30/20=以1mm 压头，使用294.2N(30kgf)的试验力，保荷时间为20s，得到

的布氏硬度值为600。