硬度和強度換算的問題
1. 定義
1.1 強度：金屬材料在力的作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。
工程上的判斷依據：屈服點和抗拉強度。
屈服點：拉伸試樣產生屈服現象時的應力。
抗拉強度：金屬材料在拉斷前所承受的最大應力。
1.2 硬度：金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕的能力。
硬度是衡量金屬軟硬的依據。直接影響材料的耐磨性以及切削加工性---刀具，量具。
2. 區別
2.1 強度是衡量零件本身承載能力（即抵抗失效能力）的重要指標。
強度是機械零部件首先應滿足的基本要求。機械零件的強度一般可以分為靜強度、疲勞強度（彎曲疲勞和接觸疲勞等）、斷裂強度、衝擊強度、高溫和低溫強度、在腐蝕條件下的強度和蠕變、膠合強度等項目。強度的試驗研究是綜合性的研究，主要是通過其應力狀態來研究零部件的受力狀況以及預測破壞失效的條件和時機。
2.2 硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一項重要的性能指標，它既可理解為是材料抵抗彈性變形、塑性變形或破壞的能力，也可表述為材料抵抗殘餘變形和反破壞的能力。
硬度不是一個簡單的物理概念，而是材料彈性、塑性、強度和韌性等力學性能的綜合指標。硬度試驗根據其測試方法的不同可分為靜壓法（如布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等）、劃痕法（如莫氏硬度）、回跳法（如肖氏硬度）及顯微硬度、高溫硬度等多種方法。
3、聯繫
3.1 強度和硬度值經過人們大量的試驗發現，存在著一定的相關性。
3.1.1 壓入式硬度試驗方法測得的硬度表徵材料抵抗塑性變形的抗力，所以它與材料的強度有一定的對應關係，材料的強度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。
3.1.2 強度的測量往往是破壞性的，需要拉伸設備。而硬度的測試是比較方便，快捷，不破壞工件的。由於測量硬度比測量強度要簡單得多，故在實際工程中，往往用測量硬度來判斷強度，並在零件圖紙技術條件上註明硬度要求。
3.1.3 因此人們希望通過測試硬度來估計材料的強度。目前國內已經推出了有色金屬和黑色金屬的強度和硬度的換算關係（詳細換算可以參考 GB/T 1172-1999）。
3.2 實際上由於材料的成分，加工工藝，微觀組織的均勻程度等問題，預測值還是存在著一定的誤差，兩者之間的關係不是簡單的線性關係。因此，若不考慮材料類別和處理狀態等因素要想建立抗拉強度和硬度換算的相關關係是不可能的，已有的硬度-抗拉強度的換算標準給出的換算值都只是近似值。
4、應用
以45#鋼的力學性能舉例：
4.1 GB/T 699-1999中規定的45#鋼的力學性能如下圖：
牌號
力學性能
交貨狀態硬度（HB)
抗拉強度
屈服強度
未熱處理
退火
不小於
不大於
45
600
355
229
197
4.2 GB/T 17107-1997（鍛件用碳素結構鋼）中規定的45#鋼的力學性能如下圖：
牌號
熱處理狀態
截面尺寸
方向
力學性能
硬度
抗拉強度
屈服強度
不小於
不小於
45
正火或正火+回火
《100
縱向
590
295
170-217
100-300
570
285
163-217
300-500
550
275
163-217
500-1000
530
265
156-217
45
調質
《100
縱向
630
370
207-302
100-250
590
345
197-286
250-500
590
345
187-255
4.3 從GB/T 699-1999知45#鋼的抗拉強度為600MPa，屈服強度355MPa，這是材料本身的力學性能，交貨時：
A、 如果不做熱處理，材料硬度是229 HBS，根據GB/T 1172-1999可查知，該硬度相當於21 HRC，換算成抗拉強度是793MPa，此時的材料硬度過高，相應強度也會高於600MPa，但是如果不做後續熱處理，切削性能非常差。
B、 出廠前做退火處理後，硬度降為197 HBS，此時換算成的強度為686MPa，至於為什麼做退火處理，《工程材料》P75頁提到：退火是鋼加熱到適當的溫度，經過一定時間保溫後緩慢冷卻，以達到改善組織、提高加工性能的一種熱處理工藝。其目的是減輕鋼的化學成分及組織的不均勻性，細化晶粒，降低硬度，消除內應力，以及為淬火做好組織準備。
C、 從上面兩條可以看出，出廠前退火的45#鋼，切削加工性能要比不做熱處理的好，如果我們在設計零件時，計算強度＜600MPa，就可以選用GB/T 699-1999中的45#鋼，出廠要求退火就可以了，還能保證良好的切削加工性。
D、 45#鋼淬火後的硬度最高可以達到56-59 HRC，此時的硬度和強度都很高，但脆性也高，一般之後都會做回火處理。
4.4 如果我們在設計時設計強度在800-1000MPa，同時要求良好的綜合力學性能，而我們又考慮到使用更高級別的材料所帶來的成本及購買問題，那我們可以選用GB/T 17107-1997（鍛件用碳素結構鋼）中的45#鋼進行調質等熱處理，來提高零件的強度。
A、 從GB/T 17107-1997（鍛件用碳素結構鋼）中可以看出，45#鋼截面在100-250mm之間進行調質處理，硬度在197-286 HB的範圍內，換算成的強度為686-1002MPa，故如果我們的設計截面在此範圍內，45#鋼調製後可以滿足我們的設計強度。
B、 45#鋼調質件淬火後的硬度應該達到HRC56-59，截面大的可能性低些，但不能低於HRC48，不然，就說明工件未得到完全淬火，組織中可能出現索氏體甚至鐵素體組織，這種組織通過回火，仍然保留在基體中，達不到調質的目的。45#鋼淬火後的高溫回火，加熱溫度通常為560-600℃，硬度可以達到22-32 HRC，因為調質的目的是得到綜合機械性能，所以硬度範圍比較寬，而這個範圍是符合從GB/T 17107-1997（鍛件用碳素結構鋼）規定的。
C、 圖紙有硬度要求的，就要按圖紙要求調整回火溫度，以保證硬度。如有些軸類零件要求強度高，硬度要求就高；而有些齒輪、帶鍵槽的軸類零件，因調質後還要進行銑、插加工，硬度要求就低些，此處說的是芯部硬度，也就是零件的整體硬度（相當於整體強度）。比如齒輪，我們在要求芯部硬度滿足設計強度要求的情況下，還要有加工後齒面硬度要求，就需要對其進行表面高、中、低頻淬火了，淬火頻率根據硬度層的厚度來決定，也可以選擇滲碳、滲氮等處理，來提高表面硬度。
5 總結
5.1 硬度-抗拉強度的換算有一定關係，但兩者之間的關係不是簡單的線性關係。因此，已有的硬度-抗拉強度的換算標準給出的換算值都只是近似值。
5.2 我們在設計選取材料時，要充分考慮材料的成本、加工性、購買限制以及低性能材料所帶來的零件尺寸增加等問題，如果對零件材料有熱處理要求，圖紙要標明熱處理後的硬度要求（即強度要求），以及需要的表面硬度要求。若對材料熱處理後的強度有嚴格要求，那麼就要標註強度要求，此時，廠家就只能破壞抽檢零件，取樣進行力學試驗來測量是否滿足圖紙的強度要求了。