详解金属硬度与强度的关系

硬度与强度换算关系的建立

为了找出材料的硬度-强度换算关系，许多学者通过长期的实践和探索，自20世纪30年代世界上发表第一个“强度-硬度换算表”以来，陆续提出了几十种换算表。有的国家制定了强度-硬度换算关系的国家标准。有的作为专门技术标准载入工程设计手册。有的换算关系甚至被作为专利资料实行有偿转让。但是直到目前为止，人们获得的硬度-强度换算关系和数据都只是针对某类或某个具体材料，对各种材料都普遍适用的关系还没有找到，这是由于人们对金属硬度的实质还缺少深刻的认识，而且硬度本身是一个受许多因素影响的量值的缘故。

金属硬度与强度的一般关系式为σb=K·H，即硬度与强度呈直线正比关系。系数K因金属及其状态的不同而异。一般地说，硬度高的金属其强度也高。但过去一些手册中引用的硬度与强度换算公式往往过于粗略。例如对有色金属提出的经验公式σb=K·HB，K=0.35~0.56，这个K值范围太大，公式失去了实用的意义。美国早在1955年就制定了铍青铜合金弹簧材料的维氏硬度（HV）与抗拉强度（σb）的换算标准（ASTMB194-55）。几个先进工业国家也制定了铝合金硬度与强度换算标准。1976年，无损检测资源网日本著名研究人员发现铜合金弹簧材料的维氏硬度（HV）与抗拉强度（σb）之间存在着简单的线性关系，即HV=C1σb和HV=C2σb。公式中C1、C2是与材料有关的常数。截至目前为止，世界上关于金属材料的硬度与强度的换算关系已有多种不同的标准（其中包括国家标准、行业标准和企业标准），这些标准虽然形式多式多样，换算数据互有差异，常缺少系统、完整的资料。

在容器上无法取样实测σs、σb时，可在容器被测部位进行硬度测定，根据硬度测定结果利用以下推荐公式换算σs、σb值。

用于母材：σs=3.28HV-221

用于焊缝金属：σs=3.15HV-168

当HB<175时：σb=3.55HB

值得推荐的是，有人将几种铝合金的抗拉强度（σb）、屈服强度（σ0.2）与这些合金的几种压入式硬度值之间的关系制成了“铝合金各种硬度与机械强度近似参照图表”，如图3所示。该图表中有四条曲线，其中两条实线表示抗拉强度的上、下限，两条虚线表示屈服强度的上、下限。图3中纵坐标为强度，横坐标为硬度（包括多种标尺的洛氏硬度、维氏硬度、布氏硬度和韦氏硬度）。图3中几种一定状态铝合金所处的位置其对应的横坐标区段是硬度在大致范围。根据此表，若已知材料的硬度，就可以查出其对应的抗拉强度和屈服强度。

从图3下方找出已知硬度的位置点，垂直于横坐标从该点向上作与四根曲线相交的虚拟直线，交点所确定的强度范围就是已知硬度的材料的抗拉强度范围和屈服强度范围。例如，对于T6状态的60693铝合金，若已知其硬度为HB73或HW13，则可由图3查出其σb≈220~245MPa，σ0.2≈190~215MPa。这一结果与实测值σb=241MPa、σ0.2=214MPa符合得较好。

必须说明，与所有已知的硬度—强度换算关系一样，该图表中列出几种铝合金，其硬度与强度的对应关系也是近似的。不过，该图对于6061、6063等几种广泛的铝合金的生产和研制仍有着积极的参考作用。