钢材的硬度标准

钢材的硬度标准

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。

A、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：HBS=F/S HBS=0.102F/S S表示球面面积

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）。

1N=0.102Kgf.新标准中试验力单位用牛顿。在计算公式中的力是以N为单位的。如果是以公斤为单位就不用加了。

B、洛氏硬度（HK）

洛氏硬度试验同布氏硬度试验一样，都是压痕试验方法。不同的是，它是测量压痕的深度。即，在初邕试验力（Fo）及总试验力（F）的先后作用下，将压头（金钢厂圆锥体或钢球）压入试样表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，用测量的残余压痕深度增量（e）计算硬度值。其值是个无名数，以符号HR表示，所用标尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9个标尺。其中常用于钢材硬度试验的标尺一般为A、B、C，即HRA、HRB、HRC。

硬度值用下式计算：

当用A和C标尺试验时，HR=100-e

当用B标尺试验时，HR=130-e

式中e--残余压痕深度增量，其什系以规定单位0.002mm表示，即当压头轴向位移一个单位（0.002mm）时，即相当于洛氏硬度变化一个数。e值愈大，金属的硬度愈低，反之则硬度愈高。

上述三个标尺适用范围如下：

HRA（金刚石圆锥压头）20-88

HRC（金刚石圆锥压头）20-70

HRB（直径1.588mm钢球压头）20-100

洛氏硬度试验是目前应用很广的方法，其中HRC在钢管标准中使用仅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可适用于测定由极软到极硬的金属材料，它弥补了布氏法的不是，较布氏法简便，可直接从硬度机的表盘读出硬度值。但是，由于其压痕小，故硬度值不如布氏法准确。

C、维氏硬度（HV）

维氏硬度试验也是一种压痕试验方法，是将一个相对面夹角为1360的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力（F）压入试验表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量压痕两对角线长度。

维氏硬度值是试验力除以压痕表面积所得之商，其计算公式为：

式中：HV--维氏硬度符号，N/mm2(MPa)；

F--试验力，N；

d--压痕两对角线的算术平均值，mm。

维氏硬度采用的试验力F为5（49.03）、10（98.07）、20（196.1）、30（294.2）、50（490.3）、100（980.7）Kgf(N)等六级，可测硬度值范围为5～1000HV。

表示方法举例：640HV30/20表示用30Hgf（294.2N）试验力保持20S（秒）测定的维氏硬度值为640N/mm2(MPa)。

维氏硬度法可用于测定很薄的金属材料和表面层硬度。它具有布氏、洛氏法的主要优点，而克服了它们的基本缺点，但不如洛氏法简便。维氏法在钢管标准中很少用。

1、洛氏硬度

硬度是材料抵抗外物刺入的一种能力。试验钢铁硬度的最普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦，由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低。这种方法称为锉试法，这种方法不太科学。用硬度试验器来试验极为准确，是现代试验硬度常用的方法。最常用的试验法有洛氏硬度试验。洛氏硬度试验机利用钻石冲入金属的深度来测定金属的硬度，冲入深度愈大，硬度愈小。

洛氏硬度（Rockwellhardness），这是由洛克威尔（S.P.Rockwell）在1921年提出来的，是使用洛氏硬度计所测定的金属材料的硬度值。该值没有单位，只用代号“HR”表示，其测量方法是，在规定的外加载荷下，将钢球或金刚石压头垂直压入待试材料的表面，产生凹痕，根据载荷解除后的凹痕深度，利用洛氏硬度计算公式HR=（K-H）/C便可以计算出洛氏硬度。洛氏硬度值显示在硬度计的表盘上，可以直接读取。

上述公式中，K为常数，金刚石压头时K=0.2MM，淬火钢球压头时K=0.26MM；H为主载菏解除后试件的压痕深度；C也为常数，一般情况下C=0.002MM。由此可以看出，压痕越浅，HR值越大，材料硬度越高。一般用代号HRA、HRB、HRC来表示材料的硬度，其中HRA表示试验载荷588.4N（60KG-F）使用顶角为120度的金刚石圆锥压头试压；HRB表示试验载荷980.7N（100KG-F）使用直径1.59MM的淬火钢球试压；HRC表示试验载荷1471.1N（150KG-F）使用顶角为120度的金刚石圆锥头试压。对于硬度较高的制刀材料，制刀界通用HRC来表示刀锋硬度，比如HRC60，即代表在试验载荷为1471.1N、使用顶角为120度的金刚石圆锥压头时，被试材料的压痕深度为0.08MM。

简而言之，硬度越高，抗磨损能力越高，但脆性也越大。硬度最高不超过60HRC。通常一把好刀的刀刃硬度应在洛氏硬度50HRC以上，60HRC以下。