现代铸铁 2012 / 1
了解钢铁材料抗拉强度与硬度之间的关系
及其影响因素，不但对材料的生产厂家，而且对
于用户都是非常重要的。
1
钢的抗拉强度与硬度的关系
国 际 标 准 ISO 18265：2003 以及国家标准
GB/T1172-1999 都列表标明了各种钢的抗拉强
度与硬度值，从公布的换算表可以清楚地看到，
钢的抗拉强度与其硬度呈正相关关系。如果知道
了某种钢材的硬度值，就很容易换算出相应的抗
拉强度。但是由于钢材化学成分的差异，制造工
艺的不同，换算出的抗拉强度相差较大。比如
#45 钢，
当用淬火后高温回火（调质）和正火处理
两种工艺获得相同的硬度值 200 HB 时，调质态
的抗拉强度为 620 MPa，而正火态的只有 540
MPa
[1]
。
ISO/TR 10108：
1989《钢——
—硬度和抗拉强
度换算》 是一个硬度和抗拉强度换算的技术报
告，是为布氏硬度和维氏硬度建立的硬度—抗拉
强度换算及其应用规则。材料是超软钢、软钢、结
构钢、高强度钢、超高强度钢、合金钢和不锈钢，
换算关系在 95%置信度极限下抗拉强度分散带
的宽度在 200 MPa 以上
[2]
。
因而，建立在生产条件
下各种钢材的抗拉强度与硬度的关系就显得重
要了。
为了便于用硬度监控铸造碳钢的质量，杨玉
民等人
[3]
发现铸造碳钢的抗拉强度与硬度（HBS）
呈线性关系（图 1），通过线性回归获得了公式：
R
m
=3.31HBS+35.03
（1）
公式（1）解决了由于试样存在缺陷而测不出
抗拉强度，造成铸件不能及时转序，从而影响生
产效率的难题。江勤峰等人
[4]
通过大量试验建立
了昆钢冷轧薄板 St13 抗拉强度与洛氏硬度关
系，
可用于不同板厚钢板的强度估算。他们获得
的关系式为：
R
m
=2.552 6HRF+118.63
（2）
（0.7 mm≤板厚≤1.1 mm）
R
m
=2.136 1HRB+215.03
（3）
（1.1 mm＜板厚≤2.0 mm）
42CrMo 钢强度高，淬透性好，广泛用于齿
轮、螺杆、曲轴及大截面轴类零件的制造，特别是
在高强度紧固件的制造中更是具有重要地位。余
兆新和谢灵扬
[5]
建立了适用于热轧、退火以及调
质状态 42CrMo 钢的抗拉强度与布氏硬度关系
式：
R
m
=49.1+3.174HB+R
（4）
（HB ＜200，R =-16；HB =200 ～250，R =-100；
HB＞250，
R=+16）
[3]
奥氏体不锈钢的里氏硬度（HL）与屈服强度
（R
p0.2
）和抗拉强度（R
m
）之间符合线性关系，其回
归关系式为
[6]
：
R
p0.2
=3.38HL-941.16，
相关系数 R=0.981 （5）
R
m
=2.06HL+116.01，
相关系数 R=0.938 （6）
奥氏体不锈钢的维氏硬度（HV）与屈服强度
（R
p0.2
）和抗拉强度（R
m
）之间符合线性关系，其回
归关系式为
[6]
：
R
p0.2
=3.40HV-212.90，
相关系数 R=0.988 （7）
R
m
=2.10HV+252.46，
相关系数 R=0.956 （8）
2
铸铁抗拉强度与硬度的关系
2.1
灰铸铁抗拉强度与硬度的关系
灰铸铁是由片状石墨、珠光体、铁素体、碳化
物、磷共晶、硫化物以及夹杂物组成的多相复合
材料，由于各组分的相对含量、大小、形态以及分
布不同，对铸铁的抗拉强度会产生举足轻重的影
响。此外，灰铸铁的抗拉强度还受合金元素加入
种类和加入量、熔炼方式（冲天炉或是电炉）、原
材料的遗传性、孕育剂种类、孕育量、孕育方式
（一般孕育或随流孕育）以及微量元素的影响，其
与硬度的关系比钢更复杂。
上世纪五六十年代，铸造学者对灰铸铁的共
晶度（Sc）、抗拉强度（R
m
）及硬度（HB）之间的关系
做了大量的统计和计算，
总结成下列计算公式
[7]
：
图 1 铸造碳钢抗拉强度与硬度的关系
[4]
Fig.1
Relationship between tensile strength and
hardness of the cast carbon steel
[4]
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
100 120 140 160 180 200 220
抗
拉
强
度
实
测
值
/M
P
a
硬度实测值（HBS）
Test and Measurement Technique
检
测
技
术
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