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本文介绍了里氏硬度在测试钢材强度方面的意义、硬度与抗拉强度的关系以及国内相关测试方法的比较。并对两种方法的里氏硬度与抗拉强度的关系曲线进行了对比分析，并提供了现场测试方法。一些小建议，希望对各位看官有所帮助。
1 前言
材料强度的检测和评价是建筑结构现场检测的基本要求。现有钢结构的强度主要通过现场取样、抗拉强度测试和化学分析等方式进行检测。但这种方法不仅费时费力钢材抗拉强度值，而且对结构造成很大破坏。图纸中缺失的结构使得无法实现大规模采样。因此，近年来越来越多的无损检测技术得到广泛应用，例如硬度法。
图1. 现场采样
2 钢的硬度与抗拉强度的关系
硬度是评价金属材料力学性能最常用的指标之一。硬度的本质是一种材料抵抗另一种较硬材料侵入的能力。对于被测材料来说，硬度代表在一定的压头和试验力下所反映的弹性、塑性、强度、韧性和耐磨性等各种物理量的综合性能。硬度测试可以反映金属材料在不同化学成分、组织结构和热处理工艺下的差异。因此，硬度测试被广泛应用于检查金属性能、监督热处理工艺质量和开发新材料。
金属硬度测试方法主要有两种。一种是静态检测方法，主要有布氏、洛氏、维氏、洛氏等；另一种是动态检测方法，主要有肖氏和里氏等。虽然材料强度测试和材料硬度测试之间存在一定程度的离散性，但在一定范围内，拉伸强度和硬度之间可以建立相关性。国际标准ISO 18265、德国标准DIN 50150、国家标准GB/T 1172等许多规范都有比较详细的强度和硬度对照表。
图2.洛氏硬度计
图3. 里氏硬度计
图4 国家标准GB/T 1172
图 5. 国际标准 ISO 18265
图 6. 德国标准 DIN 50150
3 表面硬度法推断钢材强度
(1)方法一：将里氏硬度换算为维氏硬度，再将维氏硬度换算为钢材抗拉强度
现场钢材抗拉强度检测结果的评定大多参考《黑色金属硬度与强度换算值》（GB/T 1172-1999），但GB/T 1172只给出了洛氏、维氏、布氏硬度与钢的抗拉强度。由于以上三种硬度仪器均需要开放截面固定设备，现场测试实用性和效率较低，因此现场通常采用里氏硬度计。 ，通过《金属材料里氏硬度试验第4部分：硬度值换算表》（GB/T 17394.4-2014）表中提供的里氏硬度与维氏硬度的换算关系钢材抗拉强度值，可以得到里氏硬度与钢材拉力的关系力量。
1）GB/T 17394.4-2014.1规定了试验方法，并有以下严格要求：
一个。表面处理。对于不同的探头，其表面处理的粗糙度是不同的，如表1所示。
表1 推荐测试表面粗糙度参数
b.对于厚度和质量，应根据试件的刚度和试件的质量来选择硬度计。如果不满足，则应刚性支撑或耦合到支撑物上进行测试。质量及厚度要求如表2所示。
表2 试件质量和厚度要求
c.表面形状，在弯曲样品表面进行测试，并使用与弯曲表面相匹配的支撑环。对于G型冲击装置，试验位置的曲率半径应不小于50mm。
2）代表值
不管硬度值相差超过20HL，一般一个部件测试9次，计算平均值作为代表值。
3）结果推导
根据两次换算，得到里氏硬度与抗拉强度的关系，如图7和图8所示。得到的抗拉强度范围与《碳素结构钢》GB/T 700-2006和《低合金高强钢》一致强度结构》按照GB/T 1591-2018规定的钢材抗拉强度对钢种进行对比评价，如表3所示。
图 7. - 拟合曲线
图8 拉伸强度-维氏拟合曲线
表3 钢种抗拉强度对应值
钢种
拉伸强度（N/mm2）
Q235
370
500
第470章
630
4）评估
一个。根据实验结果指导现场测试。现场测试不普遍，可操作性不强。
b.现场钢材抗拉强度测试结果直接参考本标准给出的范围，无需参考其他规范，更加方便。
(2)方法2《建筑结构检验技术标准》GB/-2019附录N
现场钢材抗拉强度检测可依据GB/-2019《建筑结构检测技术标准》附录N提供的里氏硬度与抗拉强度的换算关系。
1）GB/-2019规定了试验方法，有以下严格要求：
一个。表面处理。对于不同的探头，其表面处理的粗糙度是相同的，均为1.6μm。
b.厚度和质量，厚度不应小于6mm。
表3 样品质量和厚度要求
c.表面形状。在弯曲样品表面进行测试时，必须使用与弯曲表面相匹配的支撑环。试验位置的曲率半径应不小于30mm。
d.在每个测量区域进行测试之前，应在标准块上校准里氏硬度。校准时，相邻两点的读数差应小于12HL。
2）代表值
一个元件有3个测量区域，每个测量区域有9个测量点。代表值为排除2个最大值和2个最小值后的平均值，并对测量点进行厚度校正。
3）结果推导
根据里氏硬度对抗拉强度进行换算，得到的抗拉强度范围与表3进行比较。同时，可以将所有成分的抗拉强度特征值的平均值作为与钢材强度标准值，即构件抗拉强度，强度特征值与钢材强度标准值相对应。
4）评估
将现场检测数据进行换算，得出抗拉强度范围，可对厚度进行修正，更加方便。而且钢材的抗拉强度有间接的比较方法，范围和深度更加全面。
(3)两种方法的比较
方法1和方法2的转换曲线对比，如图9所示。
图9 拉伸强度-里氏硬度关系对比曲线
从上图可以看出，当硬度值低于425时，方法一估算的强度值低于方法二，方法一较为保守。当硬度值大于425时，两种方法估算的强度值相近，方法一稍偏大。
4个检测技巧
04标准和19标准都对元件的厚度和质量有严格的要求，主要是为了防止元件振动和消耗能量，从而影响检测结果。因此，建议按照以下测点位置对以下区段进行测试。不进行厚度校正，但为了避开热影响区，建议按照图10，但不建议按照图11。
图 10. 硬度法的推荐点位置
图 11. 硬度方法不推荐点放置位置
5 总结
硬度法越来越广泛地用于检测钢材的强度，这也是技术发展的需要。如何提高检测精度需要相关研究。 《建筑结构检验技术标准》GB/-2019第3.3.7条也规定了自行开发或引进的检测方法，但相关方法应通过技术鉴定，并应具有工程检测的实践经验。硬度与钢材强度之间没有显着的对应关系，但存在一定的相关性。建议从这方面入手，提出可行的检测和评估方法。
撰稿|李玉明
编辑|于英俊
校对|王令
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