金屬硬度與強度的關(guān)系(2)
二、硬度與強度換算關(guān)系的建立
為了找出材料的硬度-強度換算關(guān)系，許多學者通過長期的實踐和探索，自20世紀30年代世界上發(fā)表第一個“強度-硬度換算表”以來，陸續(xù)提出了幾十種換算表。有的國家制定了強度-硬度換算關(guān)系的國家標準。有的作為專門技術(shù)標準載入工程設計手冊。有的換算關(guān)系甚至被作為專利資料實行有償轉(zhuǎn)讓。但是直到目前為止，人們獲得的硬度-強度換算關(guān)系和數(shù)據(jù)都只是針對某類或某個具體材料，對各種材料都普遍適用的關(guān)系還沒有找到，這是由于人們對金屬硬度的實質(zhì)還缺少深刻的認識，而且硬度本身是一個受許多因素影響的量值的緣故。
金屬硬度與強度的一般關(guān)系式為σb=K·H，即硬度與強度呈直線正比關(guān)系。系數(shù)K因金屬及其狀態(tài)的不同而異。一般地說，硬度高的金屬其強度也高。但過去一些手冊中引用的硬度與強度換算公式往往過于粗略。例如對有色金屬提出的經(jīng)驗公式σb=K·HB，K=0.35~0.56，這個K值范圍太大，公式失去了實用的意義。美國早在1955年就制定了鈹青銅合金彈簧材料的維氏硬度（HV）與抗拉強度（σb）的換算標準（ASTMB 194-55）。幾個先進工業(yè)國家也制定了鋁合金硬度與強度換算標準。1976年，日本著名研究人員發(fā)現(xiàn)銅合金彈簧材料的維氏硬度（HV）與抗拉強度（σb）之間存在著簡單的線性關(guān)系，即HV=C1σb和HV=C2σb 。公式中C1、C2是與材料有關(guān)的常數(shù)。截至目前為止，世界上關(guān)于金屬材料的硬度與強度的換算關(guān)系已有多種不同的標準（其中包括國家標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準），這些標準雖然形式多式多樣，換算數(shù)據(jù)互有差異，常缺少系統(tǒng)、完整的資料。
現(xiàn)將一些金屬材料的硬度與強度換算關(guān)系式列于表1和表2。
表1 部分鋼的硬度與抗拉強度的關(guān)系
表2 有色金屬硬度與抗拉強度的關(guān)系
在容器上無法取樣實測σs、σb時，可在容器被測部位進行硬度測定，根據(jù)硬度測定結(jié)果利用以下推薦公式換算σs、σb值。
用于母材：σs=3.28 HV-221
用于焊縫金屬：σs=3.15 HV-168
當HB<175時：σb=3.55 HB
值得推薦的是，有人將幾種鋁合金的抗拉強度（σb）、屈服強度（σ0.2）與這些合金的幾種壓入式硬度值之間的關(guān)系制成了“鋁合金各種硬度與機械強度近似參照圖表”，如圖3所示。該圖表中有四條曲線，其中兩條實線表示抗拉強度的上、下限，兩條虛線表示屈服強度的上、下限。圖3中縱坐標為強度，橫坐標為硬度（包括多種標尺的洛氏硬度、維氏硬度、布氏硬度和韋氏硬度）。圖3中幾種一定狀態(tài)鋁合金所處的位置其對應的橫坐標區(qū)段是硬度在大致范圍。根據(jù)此表，若已知材料的硬度，就可以查出其對應的抗拉強度和屈服強度。
圖3 鋁合金硬度與抗拉強度近似參照圖
圖3的使用方法如下：從圖3下方找出已知硬度的位置點，垂直于橫坐標從該點向上作與四根曲線相交的虛擬直線，交點所確定的強度范圍就是已知硬度的材料的抗拉強度范圍和屈服強度范圍。例如，對于T6狀態(tài)的60693鋁合金，若已知其硬度為HB 73或HW 13，則可由圖3查出其σb≈220~245 MPa，σ0.2≈190~215 MPa。這一結(jié)果與實測值σb=241 MPa、σ0.2=214 MPa符合得較好。
必須說明，與所有已知的硬度—強度換算關(guān)系一樣，該圖表中列出幾種鋁合金，其硬度與強度的對應關(guān)系也是近似的。不過，該圖對于6061、6063等幾種廣泛的鋁合金的生產(chǎn)和研制仍有著積極的參考作用。