布氏洛氏维氏硬度值互换数字公式研究

摘要：本文选取布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度三种硬度测试方法作为研究对象，采用能量法针对互换公式的检测误差进行比较。计算结果表明，三种互换公式对硬度值测量的误差基本控制在1%～2%范围内，具备良好的使用价值。

关键词：布氏硬度;洛氏硬度;维氏硬度

引言：我国在金属材料硬度检测领域主要采用布氏、洛氏、维氏三种   将上述数值代入HB计算公式中得出：

测量方法，但在针对相同硬度材料进行检测时，受测量与计算方法的影响，导致实际测得的硬度值存在较大误差。本文拟围绕三种测量方法间建立互换公式，致力于依托统一标准减小测量与换算过程中的精度误差。

1布、洛、维硬度值的互换规律与公式建立

1.1互换规律分析

在布氏硬度试验上，设对球体施加的荷载为P，球体压头直径为D，球形压痕直径为d，则该压痕所成球形与布氏硬度值间的几何关系为：

将误差取值为±2%，则布氏硬度值为370±2%HB。

2.2洛氏硬度值

假设测量误差值均为±1%的条件下，将洛氏硬度值代入公式中得出：

在洛氏硬度试验上，设K为常数，将在10kgf初荷载作用下和卸去主荷载后压头被压入试件表面的深度分别设为h0和h1，则洛氏硬度值的计算公式为：

在维氏硬度试验上，设对正四棱金刚石压头施加的载荷为P，试件表面压痕对角线的长度为d，则维氏硬度值的计算公式为：

1.2     互换公式建立

1.2.1  布氏、洛氏硬度值换算

其一是以压痕深度作为参考依据，依据压头应力σHB=σHR得出换算公式为：

将计算结果与国标实验值进行比较，得出换算公式的误差值为±0.1HR。

其二是在HB取值范围为323～501时，换算公式为：

该公式的使用范围较小，计算误差值较大，但计算流程较为精简，对于精度要求不高的条件下具备良好适用价值[1]。

1.2.2  布氏、维氏硬度值换算

依据两方法硬度值的关系σHB=σHV得出换算公式为：

将计算结果与国标实验值进行比较，得出换算公式的误差值为±2HV。

1.2.3  洛氏、维氏硬度值换算

第一种换算方法是依据HV的取值范围进行换算公式的设计，其中在HV>520与200

将计算结果与国标实验值进行比较，得出换算公式的误差值基本保持在±0.4HR左右，其中最大误差分别为±0.9HR和±15HV。

第二种换算方法是结合压痕深度与压头应力，得出换算公式为：

将计算结果与国标实验值进行比较，得出换算公式的误差值为±0.1HR。

第三种换算方法是依据HV取值范围进行换算公式设计，当满足329

该公式同样具有使用范围小、精度不高的特点，误差较大。2基于能量法的互换公式测量精度比较

选取某试块作为试验对象，利用三种方法测得布氏硬度值为370HB、洛氏硬度值为40HR、维氏硬度值为381HV。

2.1布氏硬度值

设对球体施加的荷载P取值为3000kgf，球体压头直径D取值为10mm，将布氏硬度代入公式中得出：

将上述数值代入HR计算公式中得出：

将误差取值为±1%，则洛氏硬度值为40±1%HR。

2.3     维氏硬度值

设对正四棱金刚石压头施加载荷P取值为10kgf，将维氏硬度代入公式得出：

将上述数值代入HV计算公式中得出：

将误差取值为±2%，则维氏硬度值为381±2%HV。

从中可以看出，在测量误差保持一致的前提下，布氏硬度、维氏硬度的误差值为洛氏硬度误差的1倍，其误差增大的原因主要与计算方法的选择有关，因此推荐以压痕深度取代对单位压痕表面积施加荷载作为硬度值度量的标准，以此有效减小测量误差[2]。

2.4     互换公式测量精度检验

将基于能量法获取到的硬度值与互换公式计算得出的硬度值进行比较，从中可以看出，所选试件的原材料硬度越大，则试件形成单位压痕体积所吸收的功越大，钢铁材料的硬度值最高可达145dJ？mm-3，由此判断出硬度值所代表的实际意义。而本文提出的HB与HR、HB与HV、HR与HV三种互换公式的计算精度均符合硬度值检测要求，其误差基本控制在1%～2%范围内，且换算流程较为简便，具备良好使用价值。

结论：硬度是衡量金属材料性能的关键指标，通常材料的硬度越大说明其耐磨性越好。本文针对布氏、洛氏与维氏硬度三种测试方法进行详细分析，基于一致性指标進行计算公式的换算处理，为不同材料的硬度比较与换算提供重要经验。

参考文献：

[1] 方健，张建伟.浅析2018版洛氏硬度试验（GB/T230.1）与布氏硬度试验（GB/T231.1）标准[J].期刊论文，2019，（04）：222-225.

[2] 李和平.根据压痕深度计算布氏硬度值的方法初探[J].理化检验：物理分册，2019，（04）：5-7.

作者简介：

姓名：严伟，出生年：1983，籍贯：江苏靖江，民族：汉，职称：中级，学历：本科，研究方向：力学类如试验机、硬度计、加油机、压力表、燃气表等。