Перевод твёрдости HRC, HB, HV:
таблица и переводчик шкал

В чертеже стоит «40…45 HRC», в сертификате на металл — твёрдость по Бринеллю, а переносной твердомер показывает HV. Чтобы сравнить эти числа, их переводят в одну шкалу. Разбираем, как устроены методы Роквелла, Бринелля и Виккерса, как пользоваться таблицей перевода твёрдости по ASTM E140, как оценить по твёрдости предел прочности и где пересчёт даёт ошибку.

Введите значение твёрдости так, как оно записано в чертеже или протоколе, — «45 HRC», «HB 240», «HV 600» или диапазоном «40…45 HRC», — или выберите шкалу в списке. Переводчик покажет твёрдость по Роквеллу, Бринеллю и Виккерсу, ориентировочный предел прочности и подсветит строку в таблице перевода ниже.

Переводчик работает по таблице ASTM E140 для углеродистых, легированных и инструментальных сталей, промежуточные значения считает по соседним строкам. Для нержавеющей аустенитной стали, чугуна и цветных металлов перевод по этой таблице неверен — об этом в разделе о границах перевода.

Что такое твёрдость металла

Твёрдость — сопротивление материала вдавливанию в него более твёрдого тела: чем твёрже материал, тем меньше отпечаток при той же нагрузке. Это самое быстрое механическое испытание: образец не нужно вытачивать и разрушать, достаточно оставить на детали маленький отпечаток. Поэтому по твёрдости проверяют результат термообработки, сортируют прокат и принимают партии деталей.

Единой шкалы твёрдости нет. Каждый метод вдавливает свой индентор — шарик, алмазный конус или пирамиду — со своей нагрузкой и измеряет своё: глубину отпечатка или его размер. Отсюда разные числа для одной и той же стали: 40 HRC, 371 HB и 392 HV — это одна твёрдость в трёх шкалах. Перевод единиц твёрдости — это поиск соответствия между шкалами по таблицам, составленным на большом количестве испытаний.

Методы измерения твёрдости: Роквелл, Бринелль, Виккерс

Три основных метода отличаются индентором, нагрузкой и тем, что измеряют после снятия нагрузки. От этого зависит, для какого металла и какой детали метод подходит.

Роквелл — самый быстрый: прибор сразу показывает число, поэтому твёрдость закалённой стали проверяют по Роквеллу прямо в партии деталей. Бринелль оставляет крупный отпечаток и усредняет структуру — это удобно для проката, поковок и отливок. Виккерс требует шлифованной поверхности и измерения диагоналей под микроскопом, зато охватывает весь диапазон твёрдости и годится для тонких слоёв. Буква W в обозначении HBW означает твёрдосплавный шарик; стальным шариком (старое HB или HBS) мерили до 450 HB — на более твёрдом металле он сам деформируется.

Таблица перевода твёрдости стали

Таблица перевода твёрдости по ASTM E140, таблица 1: неаустенитные стали — углеродистые, легированные и инструментальные — в кованом, отожжённом, нормализованном и закалённом с отпуском состоянии. Бринелль — шарик 10 мм, нагрузка 3000 кгс. Числа в скобках лежат за границей метода: Бринелль выше 650 HBW, шкала B выше 100 HRB и шкала C ниже 20 HRC не применяются, эти значения даны для сравнения. Строка, найденная переводчиком, подсвечивается: так перевод твёрдости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу виден целиком, вместе с соседними значениями.

Международный стандарт ISO 18265 содержит свои таблицы для сталей: числа в них близки к ASTM E140, но не совпадают до единицы, поэтому в протоколе указывают, по какой таблице сделан перевод. Для поверхностной твёрдости тонкого металла в переводчике есть шкалы супер-Роквелла HR15N, HR30N и HR45N из той же таблицы стандарта.

Как перевести HB в HRC и HV: примеры

Перевод по таблице идёт в три шага: найти в столбце исходной шкалы ближайшие числа, прочитать в той же строке нужную шкалу, а если значение лежит между строками — взять промежуточное. Так переводят и диапазон: каждую границу отдельно.

1. HB в HRC. В сертификате на сталь 40Х после улучшения — 269 HB. Это между строками 271 HB (28 HRC) и 264 HB (27 HRC): около 27,7 HRC. В чертеже требуется «28…32 HRC» — металл на нижней границе, решение за ОТК после замера по Роквеллу.
2. HRC в HB и HV. Закалка с отпуском «45…50 HRC» — это 421–481 HB и 446–513 HV. Если в цеху только переносной твердомер по Виккерсу, приёмочный диапазон для оценки — 446–513 HV.
3. HV в HRC. На шлифе цементованного слоя микротвердомер показал 700 HV — это около 60 HRC. Глубину слоя считают до точки, где твёрдость падает до заданной в чертеже границы.
4. HRB в HB. Мягкий прокат: 90 HRB — около 182 HB и 191 HV. По шкале C такую сталь не меряют — она ниже 20 HRC.

Для прикидки в уме пользуются двумя соотношениями: в диапазоне 20–50 HRC число HV примерно на 5–7 % больше числа HB, а в диапазоне 25–50 HRC число HB примерно в 9–10 раз больше HRC. Ошибка у таких правил — до 10 %, поэтому для приёмки они не годятся.

Перевод твёрдости в предел прочности и МПа

Твёрдость и прочность связаны: оба свойства зависят от того, насколько легко в металле начинается пластическая деформация. Для углеродистых и низколегированных сталей связь устойчивая, поэтому в таблице перевода есть столбец предела прочности σв. Приближённое правило — σв ≈ 3,4 × HB, МПа: 200 HB — около 680 МПа, 300 HB — около 1 000 МПа, 371 HB (40 HRC) — 1 250 МПа. Нормы прочности по маркам стали и то, как её определяют испытанием на растяжение, — в статье о пределе прочности стали.

Выше 55 HRC столбец прочности пуст: закалённая сталь с низким отпуском разрушается хрупко, и предел прочности по твёрдости уже не оценивают. Для чугуна, аустенитной нержавейки и цветных сплавов коэффициент 3,4 не подходит — у них своя связь твёрдости и прочности.

HRC и HRCэ: в чём разница

В советских стандартах и старых чертежах твёрдость часто записана как HRCэ. Буква «э» означает шкалу C, воспроизводимую государственным эталоном твёрдости по Роквеллу (ГОСТ 8.064-79), в отличие от прежней промышленной шкалы HRC. Числа по двум шкалам близки, но не равны, и разница зависит от уровня твёрдости.

Правило простое: в протоколе и в заявке твёрдость пишут так же, как в чертеже или стандарте на изделие. Если в чертеже «HRCэ 45…50», ОТК меряет по шкале C поверенным твердомером и записывает результат в той же форме. Переводчик на этой странице принимает запись «HRCэ» и считает её как HRC — для оценки этого достаточно, для спорной приёмки — нет.

Твёрдость стали после термообработки

Твёрдость стали задаёт термообработка: одна и та же сталь 45 бывает 180 HB после нормализации и 50 HRC после закалки. Поэтому в чертеже пишут не режим, а результат — диапазон твёрдости, а режим под марку и сечение детали подбирает термист. Ориентиры по видам обработки:

В технопарке ЗЭМ термоучасток выполняет закалку и отпуск, закалку ТВЧ и цементацию. Поверхностную твёрдость партии проверяют твердомерами, а глубину закалённого слоя — микротвердомером на разрезанном образце-свидетеле: по Виккерсу с шагом от поверхности вглубь.

Как указать твёрдость в чертеже и заявке

Требования к термообработке записывают в технических требованиях чертежа по ГОСТ 2.310-2022: шкала и диапазон, а при местной закалке — зона и глубина слоя. Примеры записей: «45…50 HRC», «Улучшить: 240…280 HB», «Закалить ТВЧ h 2,0…3,5 мм, 50…56 HRC». Твёрдость задают пределами «от … до» или, по тому же стандарту, односторонним ограничением — «твёрдость ≥ 780 HV»: термообработка всегда даёт разброс, и без границ деталь нельзя ни принять, ни забраковать.

• Шкала — та, которой будут мерить. Закалённую деталь — в HRC, сырую и улучшенную — в HB, тонкий слой — в HV. Перевод потом не понадобится.
• Диапазон — не уже 4–5 единиц HRC или 40 единиц HB. Узкий допуск повышает брак и цену.
• Место контроля — поверхность, сердцевина, торец или глубина от поверхности, если твёрдость по сечению разная.
• Марка стали и сертификат. Без них термист не назначит режим, а таблица перевода может не подойти.
• Пересчитанное значение — с исходным. ASTM E140 требует рядом с переведённым числом указывать в скобках измеренное, например 353 HBW (38 HRC): так видно, что мерили на самом деле.

Где перевод твёрдости ошибается

Сам ASTM E140 предупреждает: таблицы перевода верны только для материалов, на которых их получили, и пересчитывать результаты без необходимости не следует. На практике это означает пять ограничений.

• Методы меряют разное. Роквелл — глубину, Бринелль и Виккерс — размер отпечатка. Соответствие между шкалами статистическое, у отдельной стали отклонение в 1–2 HRC — норма.
• Другой материал. Таблица для стали неверна для аустенитной нержавейки, чугуна, меди, латуни, алюминия и никелевых сплавов: для них в стандарте отдельные таблицы.
• Поверхностное упрочнение. После цементации, азотирования и закалки ТВЧ твёрдость поверхности и сердцевины разная. Шарик Бринелля продавливает слой и «видит» сердцевину, Виккерс с малой нагрузкой — только слой. Пересчёт между ними теряет смысл.
• Тонкая деталь и кривизна. На тонком металле индентор чувствует опору, на валу малого диаметра отпечаток искажается. Нужны малые нагрузки и поправки на кривизну по стандарту метода.
• Приёмка — прямым измерением. Если в чертеже HB, партию проверяют по Бринеллю, если HRC — по Роквеллу. Переведённое число годится для оценки, но не для протокола.