金属硬度的分类及换算关系

金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力，称为硬度。根据试验方法和适用范围不同，硬度又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度、显微硬度和高温硬度等。对于管材一般常用的有布氏、洛氏、维氏硬度三种。

一、布氏硬度（HB）

用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力（F）压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径（L）。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS（钢球）表示，单位为N/mm2(MPa)。

其计算公式为：

式中：F--压入金属试样表面的试验力，N；

D--试验用钢球直径，mm；

d--压痕平均直径，mm。

测定布氏硬度较准确可靠，但一般HBS只适用于450N/mm2（MPa）以下的金属材料，对于较硬的钢或较薄的板材不适用。在钢管标准中，布氏硬度用途最广，往往以压痕直径d来表示该材料的硬度，既直观，又方便。

举例：120HBS10/1000130：表示用直径10mm钢球在1000Kgf（9.807KN）试验力作用下，保持30s（秒）测得的布氏硬度值为120N/mm2（MPa）。

二、维氏硬度

代号：HV

单位：无

简介：以49.03~980.7N的负荷,将相对面夹角为136°的方锥形金刚石压入器压材料表面,保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。维氏硬度尚有小负荷维氏硬度，试验负荷1.961~<49.03N，它适用于较薄工件、工具表面或镀层的硬度测定；显微维氏硬度，试验负荷<1.961N，适用于金属箔、极薄表面层的硬度测定。

HV-适用于显微镜分析。维氏硬度(HV)以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。

三、洛氏硬度

在规定的外加载荷下，将钢球或金刚石压头垂直压入试件表面，产生压痕，测试压痕深度，利用洛氏硬度计算公式HR=（K-H)/C便可计算出洛氏硬度。简单说就是压痕越浅，HR值越大，材料硬度越高。用"HRC"来表示。比如HRC60，即代表在试验载荷为150kg下，使用顶角为120度的金刚石圆锥压头时，试件的压痕深度为0.08mm。

洛氏硬度试验采用三种试验力，三种压头，它们共有9种组合，对应于洛氏硬度的9个标尺。这9个标尺的应用涵盖了几乎所有常用的金属材料。最常用标尺是HRC、HRB和HRF，其中HRC标尺用于测试淬火钢、回火钢、调质钢和部分不锈钢。这是金属加工行业应用最多的硬度试验方法。HRB标尺用于测试各种退火钢、正火钢、软钢、部分不锈钢及较硬的铜合金。HRF标尺用于测试纯铜、较软的铜合金和硬铝合金。HRA标尺尽管也可用于大多数黑色金属，但是实际应用上一般只限于测试硬质合金和薄硬钢带材料。

表面洛氏硬度试验采用三种试验力，两种压头，它们有6种组合，对应于表面洛氏硬度的6个标尺。表面洛氏硬度试验是对洛氏硬度试验的一种补充，在采用洛氏硬度试验时，当遇到材料较薄，试样较小，表面硬化层较浅或测试表面镀覆层时，就应改用表面洛氏硬度试验。这时采用与洛氏硬度试验相同的压头，采用只有洛氏硬度试验几分之一大小的试验力，就可以在上述试样上得到有效的硬度试验结果。表面洛氏硬度的N标尺适用于类似洛氏硬度的HRC、HRA和HRD测试的材料；T标尺适用于类似洛氏硬度的HRB、HRF和HRG测试的材料。

HRC标尺的使用范围是20~70HRC，当硬度值小于20HRC时，因为压头的圆锥部分压入太多，灵敏度下降，这时应改用HRB标尺。尽管HRC标尺被规定的上限值为70HRC，但是当试样硬度大于67HRC时，压头尖端承受的压力过大，金刚石容易损坏，压头寿命会大大缩短，因此一般应改用HRA标尺。

HRA标尺的使用范围是20-88HRA，由美国标准ASTME140可以获得以下换算关系：

27HRA≈30HRB

60HRA≈100HRB≈20HRC

85.6HRA≈68HRC

可见，HRA标尺的测试范围涵盖了从软钢（HRB）、硬钢（HRC）到硬质合金的硬度范围。然而，事实上HRA标尺很少用于测试软钢，主要用于测试薄硬钢板、深层渗碳钢和硬质合金。在硬质合金方面，由于技术进步，有些材料硬度已达到93-94HRA，这已超出标准规定。工程上超出HRA高端的测量范围已成为惯例。HRA标尺有一个特殊用途。在使用洛氏硬度计测试钢试样时，如果不知试样是软钢还是硬钢，可先用HRA标尺试测一下，当硬度值小于60HRA时可改用HRB标尺，当硬度值大于60HRA时可改用HRC标尺。

HRB标尺的使用范围是20~100HRB，当硬度值低于20HRB时，由于钢球的压入深度过大，金属蠕变加剧，试样在试验力作用下的变形时间延长，测试值准确度降低，此时应改用HRF标尺。当硬度值大于100HRB时，因为钢球压入深度过浅，灵敏度降低，精度下降，此时应改用HRC标尺。在使用HRB标尺测试钢试样时，一个特别值得注意的地方是：当预先不知道试样是软钢还是硬钢时，决不可使用HRB标尺做测试，因为用钢球压头误测了淬火钢，钢球就可能会变形，钢球压头就会损坏，这是钢球压头损坏的主要原因。遇到这种情况时应先用金刚石压头，用HRA标尺测试一下，再决定是用HRB还是用HRC。

HRF标尺的使用范围是60~100HRF。HRF标尺是国外使用较多的一个标尺，它是测试纯铜和较软的铜合金材料很好的检测手段。但是在我国，也存在标准硬度块短缺的问题，它的应用也受到了限制。

HRG标尺适用于HRB值接近100的材料，对于铍青铜、磷青铜、可锻铸铁这些硬度范围介于HRB标尺的高端和HRC标尺低端的材料，如果改用HRG标尺，就可以大大改善测试的灵敏度，提高测试精度。

四、“肖氏硬度”是一种回跳硬度。

主要用于金属材料，方法是使一特制的小锤从一定高度自由下落冲击被测材料的试样，并以试样在冲击过程中储存（继而释放）应变能的多少（通过小锤的回跳高度测定）确定材料的硬度。

这种仪器比较小巧，适用于现场使用，精度不高，但是方便。

五、换算关系：

硬度换算表：布氏硬度与洛氏硬度

布氏硬度  洛氏硬度  抗拉强度  布氏硬度  洛氏硬度  抗拉强度

硬质合金球HB  3000kg  标尺HRA60kg  标尺HRB100kg  标尺HRC150kg(约磅/英寸2)  硬质合金球HB000kg  标尺HRA60Kg  标尺HRB100kg  标尺HRC150kg(约磅/英寸2)

-85.6-68.0-33168.1-35.5166,000

-85.3-67.5-32167.5-34.3160,000

-85.0-67.0-31166.9-33.1155,000

76784.7-66.4-30266.3-32.1150,000

75784.4-65.9-29365.7-30.9145,000

74584.1-65.3-28565.3-29.9141,000

73383.8-64.7-27764.6-28.8137,000

72283.4-64.0-26964.1-27.6133,000

712----26263.6-26.6129,000

71083.0-63.3-25563.0-25.4126,000

69882.6-62.5-24862.5-24.2122,000

68482.2-61.8-24161.8100.022.8118,000

68282.2-61.7-23561.499.021.7115,000

67081.8-61.0-22960.898.220.5111,000

65681.3-60.1-223-97.320.0-

65381.2-60.0-217-96.418.0105,000

64781.1-59.7-212-95.517.0102,000

63880.8-59.2329,000207-94.616.0100,000

63080.6-58.8324,000201-93.815.098,000

62780.5-58.7323,000197-92.8-95,000

60179.8-57.3309,000192-91.9-93,000

57879.1-56.0297,000187-90.7-90,000

55578.4-54.7285,000183-90.0-89,000

53477.8-53.5274,000179-89.0-87,000

51476.9-52.1263,000174-87.8-85,000

49576.3-51.0253,000170-86.8-83,000

47775.6-49.6243,000167-86.0-81,000

46174.9-48.5235,000163-85.0-79,000

44474.2-47.1225,000156-82.9-76,000

42973.4-45.7217,000149-80.8-73,000

41572.8-44.5210,000143-78.7-71,000

40172.0-43.1202,000137-76.4-67,000

38871.4-41.8195,000131-74.0-65,000

37570.6-40.4188,000126-72.0-63,000

36370.0-39.1182,000121-69.8-60,000

35269.3-37.9176,000116-67.6-58,000(0001)

钢铁洛适与肖实氏硬度对照

序号  肖氏HS  洛氏HRC

1         96.6         68

2          95.6        67.5

3          94.6        67

4          93.5        66.5

5          92.6        66

6           91.5       65.5

7           90.5        65

8           89.4        64.5

9           88.4        64

10         87.6        63.5

序号  肖氏HS  洛氏HRC

11       86.5         63

12       85.7         62.5

13        84.8       62

14        84          61.5

15        83.1        61

16        82.2        60.5

17        81.4        60

18        80.6        59.5

19        79.7        59

20        78.9        58.5

序号  肖氏HS  洛氏HRC

21       78.1       58

22       77.2      57.5

23       76.5      57

24       75.6      56.5

25        74.9      56

26        74.2     55.5

27        73.5     55

28        72.6      54.5

29        71.9      54

30        71.2      53.5

序号  肖氏HS  洛氏HRC

31       70.5         53

32       69.8         52.5

33       69            52

34        68.5       51.5

35        67.7        51

36        67           50.5

37        66.3        50

38        65           49

39        63.7         48

40        62.3         47

序号  肖氏HS  洛氏HRC

41        61           46

42        59.7        45

43        58.4        44

44         57.1       43

45         55.9        42

46         54.7        41

47         53.5       40

48          52.3       39

49           51.1      38

50           50          37

序号  肖氏HS  洛氏HRC

51        48.8        36

52        47.8        35

53         46.6       34

54         45.6       33

55         44.5       32

56          43.5       31

57          42.5       30

58          41.6       29

59          40.6       28

60           39.7       27

序号  肖氏HS  洛氏HRC

61        38.8        26

62         37.9        25

63         37           24

64         36.3        23

65          35.5        22

66          34.7         21

67          34           20

68          33.2        19

69          32.6        18

70          31.9         17

序号  肖氏HS  洛氏HRC

71        31.4          16

72         30.7         15

73          30.1         14

74           29.6         13