硬度換算表及常識

根據德國標準din50150,以下是常用範圍的鋼材抗拉強度與維氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度的對照表。

硬度　　日常生活中，人們對材料的評價往往愛用「軟」、「硬」來描述，如鉛就被認為軟，鋼就被認為硬。實際上，「軟」、「硬」與前面我們所講的材料的強度密切相關。在工程上，為了在不破壞工件的情況下，方便地成批檢驗產品的質量，在對結構材料的效能評價上，還確定了「硬度」這樣乙個效能指標。

本質上一般可以認為，硬度是指材料表面上不大的體積內抵抗變形或破裂的能力。根據不同的實驗方法，硬度值的物理意義有所不同。如壓入法的硬度值是材料表面抵抗另一物體壓入時所引起的塑性變形抗力；刻劃法硬度值表示材料表面區域性破裂的能力。

在生產上使用最廣泛的是靜負荷壓入法試驗，根據壓頭形狀、材料及載入大小的不同，硬度可有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和顯微硬度，它們適用於不同的材料。各種硬度的壓頭形狀、材料、載荷、運用範圍等見表3-1。

實踐證明材料的強度越高，硬度值也越高。材料的各硬度值之間、硬度和強度之間有近似的對應關係。我們簡單介紹一些，對大家今後檢驗材料也許是有用的。

非淬火鋼　　σb=0.362hb　　　　　 hb>175

b=0.345hb 　　　　　hb<175

碳鋼　　　　σb=51.32×104/(100-hrc)2　　　 hrc<10

鑄鋼　　　　σb=(0.3-0.4)hb

b=8.61×103/(100-hrc) 　　　　hrc>40

上述式中σb的單位為kg/mm2

斷裂韌性

機械零件的脆性斷裂和材料的脆性檢測是工程技術中必須解決的乙個重要問題。在工程設計中，是用屈服強度σ0.2並考慮一定的安全係數來確定結構材料的許用應力[σ]的，即[σ]≤σ0.

2/n，n>1，n就是安全係數。按圖3-2，機械零件在[σ]下工作不僅不會發生塑性變形，更不會斷裂，然而事實並非如此。大量事例的實驗分析表明，低應力脆斷總是由材料中缺陷引發的裂紋擴充套件引起的。

這些缺陷可能是在材料製備過程中產生的，也可能是在加工過程中產生的，還可能是在使用中形成的，因而是難以避免的。這就是說，在實際應用中，材料在承受載荷後，還可能導致已有微裂紋的擴充套件，當裂紋尺寸到達某個臨界值時突然斷裂。這個引起破壞的臨界裂紋長度和相對應的應力大小對於不同材料是不同的。

二十世紀六十年代發展的斷裂力學對此給出了規律性的解釋。其中最重要的是應力強度因子的概念。這個應力強度因子表示了裂紋在外界名義應力作用下，處於彈性平衡狀態時，裂紋尖端附近應力場的強弱，也就是說，應力強度因子確定了裂紋尖端附近各點的應力大小。

對於含有裂紋的機械另件，在外力作用下裂紋擴充套件有三種型別：張開型、滑移型和剪下型（圖3-4），對於這三種不同型別的裂紋擴充套件，其應力強度因子不同，分別用kⅰ、kⅱ、kⅲ表示，其中張開型裂紋擴充套件是最常見、最危險的情況，我們重點介紹這種型別。

圖3-4

斷裂力學的分析計算表明， ,式中ｙ是裂紋的形狀因子，表示不同幾何形狀的裂紋尖端前的應力分布是不同的，σ是外界施加的名義應力，a是裂紋長度。從kⅰ的表示式中可以看出，當名義應力確定時，隨著裂紋a的增加kⅰ也增加，我們把裂紋擴充套件至產生突然斷裂的裂紋長度叫作臨界值裂紋長度ac，與這個臨界裂紋長度ac對應的臨界應力強度因子就叫做斷裂韌性，記作kic，它是乙個材料常數，既對於某種特定的材料，在一定條件下它有確定的值。另外，我們還可以發現，如果要使材料能承受高的名義應力，則材料內的微裂紋尺寸就必須盡可能短。

在此特別要注意應力強度因子和斷裂韌性是二個完全不同的概念，一定要把他們分清楚。

現在，重要的機件，特別是航空航天所用機件設計，其強度指標除考慮屈服強度外都必須根據斷裂韌性進行進一步的核准，明確所允許的臨界裂紋尺寸。

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硬度換算表

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