本文介紹了裡氏硬度檢測鋼材強度的意義、硬度與抗拉強度關系及國内相關檢測方法對比，對裡氏硬度與抗拉強度關系曲線的兩種方法進行了對比分析，并給出了現場檢測的小技巧，希望對檢測人員有所幫助。

1 前言

材料強度的檢測及評定是建築結構現場檢測的基本要求，對于既有鋼結構強度的檢測主要通過現場取樣進行抗拉強度試驗及化學分析，但該方法不但費時費力，且對結構損傷大，對于圖紙缺失的結構，無法實現大範圍取樣。因此，近年來越來越多的無損檢測技術得到廣泛應用，如硬度法。

圖1.現場取樣

2 硬度與鋼材抗拉強度的關系

硬度是評定金屬材料力學性能最常用的指标之一。硬度的實質是材料抵抗另一較硬材料壓入的能力。對于被檢測材料而言，硬度是代表着在一定壓頭和試驗力作用下所反映出的彈性、塑性、強度、韌性及磨損抗力等多種物理量的綜合性能。硬度試驗能夠反映金屬材料在不同的化學成分、組織結構和熱處理工藝等條件下的差異，因此硬度試驗廣泛應用于金屬性能的檢驗、監督熱處理工藝質量和新材料的研制。

金屬硬度檢測主要有兩類方法，一類是靜态試驗方法，主要包括布氏、洛氏、維氏、洛氏等，另一類是動态試驗方法，主要包括肖式、裡氏。雖然材料強度試驗同材料硬度試驗之間具有一定的離散性，但在一定範圍内，抗拉強度同硬度之間可以建立相關性。國際标準ISO 18265，德國标準DIN 50150，國家标準GB/T 1172等諸多規範中都有較為詳細的強度硬度對照表。

圖2.洛氏硬度計

圖3.裡氏硬度計

圖4.國家标準GB/T 1172

圖5.國際标準ISO 18265

圖6. 德國标準DIN 50150

3 表面硬度法推斷鋼材強度方法

（1）方法一：裡氏硬度換算維氏硬度，維氏硬度再換算鋼材抗拉強度

現場鋼材抗拉強度檢測結果評價多參考《黑色金屬硬度及強度換算值》（GB/T 1172-1999），但GB/T 1172隻給出洛氏、維氏和布氏硬度與鋼材抗拉強度的關系，由于上述三種硬度儀器需要開口截面固定設備，現場檢測實用性低且效率不高，因此現場通常采用裡氏硬度計，通過《金屬材料裡氏硬度試驗第4部分：硬度值換算表》（GB/T 17394.4-2014）中提供的裡氏硬度與維氏硬度之間的轉換關系查表得到裡氏硬度與鋼材抗拉強度的關系。

1）GB/T 17394.4-2014.1規定了試驗方法，有以下嚴格要求：

a.表面處理，對于不同的探頭，表面處理的粗糙度不同，如表1。

表1 推薦的試驗表面粗糙度參數

b.厚度和質量，宜根據試件的剛度以及試件的質量選擇硬度計，當不滿足時，應進行剛性支撐或耦合到支撐物上進行試驗，質量和厚度要求如表2。

表2 試樣的質量和厚度要求

c.表面形狀，在曲面試樣的表面上進行測試，需使用與曲面相匹配的支撐環。對于G型沖擊裝置，測試位置的曲率半徑應不少于50mm。

2）代表值

不考慮硬度值相互之差超過20HL，一般一個構件進行9次，并計算其平均值作為代表值。

3）結果推導

根據兩次轉換得到裡氏硬度與抗拉強度的關系，如圖7和圖8，利用得出的抗拉強度範圍與《碳素結構鋼》GB/T 700-2006和《低合金高強度結構鋼》GB/T 1591-2018中規定的鋼材抗拉強度對照評價鋼材種類，如表3。

圖7.維氏-裡氏拟合曲線

圖8.抗拉強度-維氏拟合曲線

表3鋼種抗拉強度對應值

4）評價

a.依據實驗結果指導現場檢測，現場檢測沒有普遍性，操作性不強。

b.現場鋼材抗拉強度檢測結果直接參考該标準給出的範圍，不需要參考其他規範，較為便捷。

（2）方法二 《建築結構檢測技術标準》GB/T50344-2019附錄N

現場鋼材抗拉強度檢測可依據《建築結構檢測技術标準》GB/T50344-2019附錄N提供的裡氏硬度與抗拉強度轉換關系。

1）GB/T50344-2019規定了試驗方法，有以下嚴格要求：

a.表面處理，對于不同的探頭，表面處理的粗糙度相同，均為1.6μm。

b.厚度和質量，厚度應不小于6m m。

表3 試樣的質量和厚度要求

c.表面形狀，在曲面試樣的表面上進行測試，需使用與曲面相匹配的支撐環，測試位置的曲率半徑應不少于30mm。

d.每個測區測試前，應在标準塊上對裡氏硬度進行校準，校準時相鄰兩點讀數差應小于12HL。

2）代表值

一個構件3個測區，每個測區9個測點，代表值為剔除2個最大值和2個最小值後的平均值，且測點經過厚度修正。

3）結果推導

根據裡氏硬度換算抗拉強度，利用得出的抗拉強度範圍與表3對比，同時可以利用所有構件抗拉強度特征值的平均值可作為與鋼材強度标準值的比較值，即将構件抗拉強度特征值與鋼材強度标準值進行了對應。

4）評價

現場檢測數據經過換算得到抗拉強度範圍，可以進行厚度修正，更加方便，且鋼材抗拉強度有了間接比較方法，範圍和深度更加全面。

（3）兩種方法對比

對方法一和方法二的換算曲線做了對比，如圖9。

圖9.抗拉強度-裡氏硬度關系對比曲線

從上圖可以看出硬度值低于425時，方法一較方法二推定的強度值偏低，方法一偏于保守，當硬度值大于425時，兩種方法推定的強度值相近，方法一略微偏大。

4檢測小技巧

無論是04标準還是19标準對構件的厚度、質量均有嚴格的要求，主要是為了防止構件發生震動耗能，影響檢測結果，因此對于以下幾種截面建議按照下面的測點位置進行檢測，可以不經過厚度修正，但要避開熱影響區，建議按照圖10，不建議按照圖11。

圖10.硬度法建議布點位置

圖11.硬度法不建議布點位置

5總結

硬度法檢測鋼材強度越來越廣泛，也是技術發展的需要，如何提高檢測精度還需進行相關的研究，《建築結構檢測技術标準》GB/T50344-2019第3.3.7條也規定可采用自行開發或引進檢測方法，但相關方法應通過技術鑒定并應具有工程檢測實踐經驗。硬度與鋼材強度沒有顯著的對應關系，但存在一定的相關性，建議可從此方面入手，提出可行的檢測評估方法。

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