为什么硬度标尺这么多？

硬度是依赖试验方法的相对量。布氏 HB 用大球测压痕直径；维氏 HV 用金刚石四棱锥，从微载到大载均可；洛氏 HRC 按深度差直接读数；努氏 HK 用细长金刚石压头测薄膜与脆性材料；肖氏 HS 测回弹高度。各方法擅长的硬度区、试样形状、现场效率不同，故并存使用。换算只是经验相关，受组织和加工状态影响约 ±10%。

ASTM E140 与 JIS Z 2244 有何区别？

ASTM E140 是国际上最常引用的标准，提供钢材的 HB、HV、HRC、HRB、HK 等主换算表，并附有非铁金属和工具钢的辅表。JIS Z 2244（维氏）、JIS Z 2243（布氏）、JIS Z 2245（洛氏）规定具体的试验方法，对应的换算表收录于 JIS B 7724 与 JIS G 0202 等。钢材中等硬度段两套体系基本一致，但在低硬度域或非铁金属可能出现差异，因此应同时标注所引规范。

σ_B ≈ 3.5·HB 真的成立吗？

对碳钢与低合金钢在 HB 100~400 范围内大致成立，误差约 ±10%。严格地说退火与回火钢取 σ_B [MPa] ≈ 3.45·HBW，淬火钢取 3.5~3.6 倍。冷加工件由于韧性下降，比例可降至约 3.0。奥氏体不锈钢加工硬化强，约为 3.6~3.8；铝合金约 3.4；铜合金约 4.0。因此本工具按材料类别使用不同系数。

为什么 HB 较低时 HRC 显示「—」？

洛氏 C 标尺只在 HRC 20 以上（约 HV 240 / HB 235）有效，再低则压头处于标尺下端，复现性急剧下降，按规范应改用 HRB（钢球 + 100 kgf）。本工具在 HB ≤ 250 时将 HRC 显示为「—」，防止将不可靠的换算值当作真实测量值传播。低硬度材料应用 HRB、HV 或直接用 HB 评定。相关工具请参见 brinell-hardness.html、pelton-turbine.html、belt-friction.html、boids-flocking.html。

硬度换算模拟器 — HB ↔ HRC ↔ HV ↔ HK ↔ HS

参数设置

布氏硬度 HB

材料模式

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试验载荷档位

—

规范

—

材料：0 = 钢 (基准)、1 = 不锈钢、2 = 铝合金、3 = 铜合金。档位：0 = 标准、1 = 低载 (微硬度)。规范：0 = ASTM E140、1 = JIS Z 2244。HRC 在 HB ≤ 250 时显示「—」。

计算结果

—

维氏 HV

—

洛氏 C HRC

—

抗拉强度 σ_B (估算)

—

努氏 HK

HB 对各标尺的换算曲线

横轴＝HB（100–600），纵轴＝各标尺。红＝HV、蓝＝HRC×10、绿＝HK、紫＝σ_B/10 [MPa]。黄竖线＝当前 HB，圆点＝交点。

理论与主要公式

硬度标尺之间的换算并非严格的物理公式，而是基于 ASTM E140 和 JIS 表的经验回归。以下为钢材基准的简化关系。

布氏 HB → 维氏 HV（线性近似）：

$$\mathrm{HV} \approx 1.05\,\mathrm{HB} + 5$$

HV → 洛氏 HRC（ASTM E140 多项式，适用 HV ≥ 240）：

$$\mathrm{HRC} \approx -29.8 + 0.108\,\mathrm{HV} - 4.83\times10^{-5}\,\mathrm{HV}^2$$

HV → 努氏 HK、HV → 肖氏 HS、HB → 抗拉强度 σ_B：

$$\mathrm{HK} \approx 0.985\,\mathrm{HV},\qquad \mathrm{HS} \approx 0.05\,\mathrm{HV} + 8,\qquad \sigma_B\,[\mathrm{MPa}] \approx 3.5\,\mathrm{HB}$$

由压痕直径直接计算 HB 请参考 brinell-hardness.html。相关模拟器：belt-friction.html、pelton-turbine.html、boids-flocking.html。

硬度换算模拟器是什么？

🙋

图纸写「最低 200 HB」，但车间只有洛氏硬度计，能直接换算吗？

🎓

能。ASTM E140 和 JIS 都有换算表。这里把 HB 调到 200，可以看到 HV≈215、σ_B≈700 MPa。但 HRC 显示「—」哦。这不是 bug，HB 200 在洛氏 C 标尺的下限以下，强行读数也不可靠。

🙋

为什么 HRC 在这里不可靠？硬度数值还是有的呀。

🎓

洛氏 C 是 150 kgf 主载荷加金刚石圆锥，本就为淬硬钢设计。当 HRC 低于约 20（HB 235、HV 240）时压头位置接近刻度下端，读数离散度大幅上升，所以更软的材料用洛氏 B（钢球＋100 kgf）。把 HB 调到 400 试试，会得到 HRC≈43——大约是 S45C 调质件的硬度。

🙋

滑块一动曲线也跟着动，红色 HV、蓝色 HRC×10、绿色 HK、紫色 σ_B/10 同时显示。

🎓

对，这张图就是让你一眼看清各标尺之间的关系。HV 近似随 HB 线性变化（斜率 1.05）；HK 几乎贴在 HV 下面（HK ≈ 0.985·HV）；HRC 是非线性，HV 240 以上才有意义；σ_B 大约是 HB 的 3.5 倍——「200 HB → 700 MPa」记住它就能非破坏地估算钢材抗拉强度。

🙋

把材料切到「铝合金」，σ_B 降了不少。这个换算靠谱吗？

🎓

σ_B/HB 的系数随材料类别而变。钢取 3.5、铝合金取 3.4、奥氏体不锈钢加工硬化强取 3.7、铜合金取 4.0。这些都是经验修正，不是材料常数。所以工具给出的是「±10% 的一阶估算」，做合格判定时仍需直接做主试验。

常见问题

两者都接近于「单位投影面积的平均接触压力」。布氏除以球冠面积，维氏除以四棱锥侧面积，但都满足 Tabor 关系 p_m ≈ 3·σ_y，因此 HV ≈ 1.05·HB + 5 的近似线性关系成立。HB 超过 500 时 HV 会偏高，趋于 HV ≈ 1.1·HB。

主要适用于钢（碳钢、低合金钢）。ASTM E140 主表针对钢材，非铁金属（镍、铜、铝合金等）使用 B~H 辅表，适用范围更窄。本工具按材料类别做简化修正，对非铁金属应视为「数量级估算」，正式合格判定务必采用该材料的直接试验方法。

肖氏（Scleroscope）是动态回弹试验：金刚石尖锤（C 型）或钢球（D 型）落到试样上，按回弹高度给出硬度。回弹依赖弹性回复，与 HB/HV/HRC 测的塑性压痕物理基础不同。经验关系 HS ≈ 0.05·HV + 8，离散度约 ±15%，仅适用于现场快速核验（如大型轧辊）。

可通过 ASTM International 官网购买 ASTM E140「Standard Hardness Conversion Tables for Metals」。Table 1（钢材）最常用，把 Brinell HB（φ10 mm 球，3000 kgf）、Vickers HV、Rockwell HRC/HRB/HRA、HR15N 等多个标尺以一行对应。日本国内对应的换算表见 JIS B 7724（维氏检定）与 JIS G 0202（钢铁术语）。

实际应用

规范与现场测量的桥梁：材料规范多以 HBW 表示，而现场仪器多为洛氏（HRC/HRB）或便携维氏。知道「S45C 调质件 HBW 217~277」对应 HRC 22~29，检验员可以立即就地判定，不必等待复测。

非破坏的抗拉强度估算：机加工件、铸钢件、焊缝等不便直接做拉伸试验时，σ_B ≈ 3.5·HB [MPa] 提供快速估算：HB 200 → 约 700 MPa，HB 300 → 约 1050 MPa。广泛用于一次强度估算与焊接热影响区（HAZ）的评估。

跨工序的数据可追溯性：同一零件在不同制造阶段可能使用不同标尺测试（热处理前 HB 受料、热处理后 HRC 出货）。统一换算到 HB 等效值能保持硬度履历的一致，便于审计。

进口材料与海外规范的对照：美国常用 HRC/HRB，欧洲常用 HV，日本常用 HB/HV，中国常用 HB/HRC。ASTM E140 与 JIS Z 2244 是把进口证明书数值映射到内部参考标尺的通用语言。

常见误解与注意事项

最严重的误解是把换算值当作实测值。由 HB 换算得到的 HRC 与直接洛氏测得的 HRC 不同，差异通常在 ±2 单位以内。任何标准下的合格判定都必须按指定方法直接试验。「换算后 HRC 25，故合格」是无法通过审计的。

其次是在适用范围外做换算。HRC 需要 HV ≥ 240（HB ≥ 235），低于此值应使用 HRB。本工具在 HB ≤ 250 时把 HRC 显示为「—」就是为了防止这种误用。另一端，HRC 上限约 68（HV 940），更硬的材料应使用 HV 或 HRA（120 kgf 金刚石圆锥）。

第三是把 σ_B ≈ 3.5·HB 套用到非铁金属。铝合金约 3.4，纯铝冷加工件可降至 2.8；铜合金约 4.0；奥氏体不锈钢加工硬化强，表面硬度高但抗拉强度未必同步上升，系数在 3.6~3.8 离散。必须按材料类别选择系数，或直接做拉伸试验。相关工具：由压痕直径直接计算 HB 的 brinell-hardness.html，以及 pelton-turbine.html、boids-flocking.html、belt-friction.html。