Przeliczanie twardości HBW, HRC, HRB i HV – tabele i zasady konwersji

W praktyce przemysłowej twardość materiałów metalicznych może być podawana w różnych skalach. W dokumentacji technicznej spotyka się przede wszystkim wartości HBW według Brinella, HRC i HRB według Rockwella oraz HV według Vickersa. Powoduje to częstą potrzebę porównania wyników lub orientacyjnego przeliczenia jednej skali twardości na inną. Należy jednak pamiętać, że HBW, HRC, HRB i HV nie są jednostkami tej samej wielkości fizycznej. Poszczególne metody wykorzystują różne wgłębniki, różne siły badawcze i różne sposoby oceny powstałego odcisku. Z tego powodu nie istnieje jeden uniwersalny wzór pozwalający dokładnie przeliczyć każdą wartość HBW na HRC, HRB lub HV. Konwersje opierają się przede wszystkim na doświadczalnie określonych zależnościach dla konkretnych grup materiałów.

Najważniejsza zasada – przeliczenie twardości jest przybliżeniem

Przeliczniki twardości należy traktować jako wartości orientacyjne. Jeżeli dokumentacja wymaga na przykład maksymalnie 32 HRC, a materiał został zbadany metodą Vickersa, przeliczenie HV na HRC może być pomocne, ale nie zawsze zastępuje bezpośredni pomiar HRC. Szczególnie istotne jest to przy badaniach odbiorowych, certyfikacji materiałów oraz kontroli zgodności z normami wyrobu. Międzynarodowa norma ISO 18265 oraz amerykańska ASTM E140 zawierają tabele konwersji opracowane dla określonych grup materiałowych. Wynik przeliczenia należy więc zawsze interpretować w kontekście rodzaju materiału, jego mikrostruktury i stanu obróbki.

Co oznaczają HBW, HRC, HRB i HV?

Dlaczego tych skal nie można przeliczać prostym wzorem?

Poszczególne metody twardości oddziałują z materiałem w inny sposób. Brinell wykorzystuje stosunkowo duży odcisk, który obejmuje znaczną objętość materiału i dobrze uśrednia jego mikrostrukturę. Rockwell mierzy trwałą głębokość penetracji, natomiast Vickers wykorzystuje niewielki, precyzyjnie mierzony odcisk diamentowej piramidy. Materiał może inaczej reagować na kulisty wgłębnik Brinella, a inaczej na diamentowy stożek Rockwella lub piramidę Vickersa. Na zależność pomiędzy skalami wpływają między innymi:

• skład chemiczny materiału,
• mikrostruktura,
• obróbka cieplna,
• stopień umocnienia przez zgniot,
• jednorodność materiału,
• sprężysty odzysk po odciążeniu,
• anizotropia materiału.

Dlatego dwie stale mające tę samą wartość HV nie muszą po przeliczeniu dawać dokładnie tej samej wartości HRC.

Orientacyjna tabela HBW – HV – HRC dla stali

Poniższa tabela może być używana do orientacyjnej oceny twardości stali węglowych, niskostopowych i niektórych stali narzędziowych. Nie należy stosować jej jako zamiennika tablic normowych przy badaniach odbiorowych.

Uwaga: tabela ma charakter orientacyjny. Dokładne wartości konwersji zależą od materiału. Do dokumentacji odbiorowej należy stosować tablice właściwe dla danego materiału według ISO 18265, ASTM E140 albo właściwej normy wyrobu.

Ile HV odpowiada 60 HRC?

Jednym z najczęściej wyszukiwanych przeliczeń jest HRC na HV. Dla typowych stali hartowanych wartość 60 HRC odpowiada w przybliżeniu około 690–700 HV. Nie oznacza to jednak, że 60 HRC zawsze będzie równe dokładnie 697 HV. Wartość zależy od materiału oraz zastosowanej tablicy konwersji.

Ile HRC odpowiada 500 HV?

W przypadku typowej stali hartowanej 500 HV odpowiada w przybliżeniu 49–50 HRC. Wynik należy traktować jako orientacyjny. Przy wymaganiu technicznym wyrażonym w HRC najlepszym rozwiązaniem pozostaje bezpośrednie wykonanie pomiaru Rockwella C.

Ile HRC odpowiada 300 HV?

Dla typowych stali węglowych i niskostopowych 300 HV odpowiada około 30 HRC. Jest to obszar znajdujący się blisko dolnej części praktycznego zakresu skali HRC, dlatego w niektórych zastosowaniach korzystniejsze może być użycie Vickersa, Brinella albo innej odpowiedniej skali Rockwella.

Ile HBW odpowiada 500 HV?

Dla typowych stali wartość około 500 HV odpowiada orientacyjnie około 470–480 HBW. Wraz ze wzrostem twardości różnica liczbowa pomiędzy HV i HBW staje się coraz bardziej widoczna. Nie można więc przyjmować, że np. 500 HV oznacza automatycznie 500 HBW.

Orientacyjna tabela dla niższych twardości – HBW, HV i HRB

Skala HRB jest stosowana przy materiałach znacznie bardziej miękkich niż typowy zakres HRC. Poniższe wartości przedstawiają jedynie orientacyjne zależności dla stali nieaustenitycznych o odpowiedniej twardości.

HRC i HRB nie są dwiema częściami jednej skali

Częstym błędem jest traktowanie HRC i HRB tak, jakby były kolejnymi zakresami jednej liniowej skali. W rzeczywistości wykorzystują one inne wgłębniki i inne całkowite siły badawcze. W HRC stosowany jest stożek diamentowy i większa siła, natomiast w HRB – kulka. Dlatego 100 HRB nie oznacza 100 HRC ani nie można obliczyć HRC przez proste odejmowanie czy mnożenie wartości HRB. Przejście między tymi skalami wymaga odpowiedniej tablicy konwersji.

Czy 1 HRC odpowiada określonej liczbie HV?

Nie. Nie istnieje stały przelicznik typu 1 HRC = 10 HV albo 1 HRC = określona liczba HBW. Zależność jest nieliniowa. Przykładowo zmiana z 30 do 31 HRC odpowiada zupełnie innej różnicy HV niż zmiana z 60 do 61 HRC. W wyższych zakresach twardości zmiana jednego punktu HRC może odpowiadać zmianie HV o ponad 20 jednostek.

Przykładowa zależność HRC – HV

Widać wyraźnie, że zależność nie jest liniowa. Różnica 5 HRC w dolnej części tabeli odpowiada znacznie mniejszej zmianie HV niż ta sama różnica 5 HRC przy bardzo wysokiej twardości.

Przeliczanie twardości stali nierdzewnych

W przypadku stali nierdzewnych konieczna jest szczególna ostrożność. Nie powinno się automatycznie stosować tabel przeznaczonych dla stali węglowych i niskostopowych do wszystkich stali odpornych na korozję. Stale nierdzewne obejmują materiały o bardzo różnych mikrostrukturach:

• austenityczne,
• ferrytyczne,
• martenzytyczne,
• duplex i superduplex,
• utwardzane wydzieleniowo.

Każda z tych grup może zachowywać się inaczej podczas wgniatania.

Stale austenityczne 304, 316L i 904L

Stale austenityczne, takie jak 1.4301 / AISI 304, 1.4307 / 304L, 1.4404 / 316L czy 1.4539 / 904L, wykazują silną zdolność do umocnienia przez zgniot. Oznacza to, że zależność pomiędzy HBW, HRB i HV może różnić się od typowych stali węglowych. Nie należy więc bezkrytycznie stosować ogólnej tabeli HRC–HV–HBW do austenitycznych stali nierdzewnych. ASTM E140 zawiera nawet osobne zależności dla określonych produktów ze stali austenitycznej, co pokazuje, że rodzaj materiału ma zasadnicze znaczenie dla konwersji.

Stale martenzytyczne

W przypadku stali nierdzewnych martenzytycznych, takich jak 1.4021, 1.4034 czy 1.4125, zależności HRC–HV mogą być bardziej zbliżone do typowych stali hartowanych. Nadal jednak podczas odbioru materiału należy korzystać z tabel i wymagań właściwych dla danej normy materiałowej.

Stale utwardzane wydzieleniowo – 17-4PH

Stal 1.4542 / 17-4PH może występować w stanach takich jak H900, H1025, H1075, H1100 czy H1150. Wraz ze zmianą stanu starzenia zmieniają się twardość, wytrzymałość i plastyczność. W dokumentacji dla 17-4PH spotyka się zarówno HRC, HBW, jak i inne wymagania zależne od normy oraz stanu obróbki cieplnej. Przy przeliczaniu należy więc uwzględnić nie tylko gatunek, ale również stan materiału.

Stale duplex i superduplex

Stale duplex, takie jak 1.4462 / 2205, oraz superduplex, np. 1.4410 / 2507, mają dwufazową strukturę ferryt-austenit. Ogólne tabele przygotowane dla klasycznych stali węglowych nie muszą dokładnie odwzorowywać zależności pomiędzy skalami dla tych materiałów. W dokumentacji odbiorowej należy stosować bezpośrednio metodę wskazaną przez normę produktu, zamówienie lub specyfikację klienta.

Przeliczanie twardości stopów niklu

Stopy niklu również wymagają własnych zależności konwersyjnych. ASTM E140 zawiera oddzielne dane dla określonych stopów niklu i wysokoniklowych. Nie należy więc przeliczać twardości stopów takich jak Alloy 625, C-276 czy Alloy 718 na podstawie tabeli przeznaczonej dla zwykłej stali węglowej.

Przeliczanie aluminium, miedzi i mosiądzu

Podobna zasada dotyczy metali nieżelaznych. ASTM E140 zawiera osobne zależności między skalami dla między innymi:

• stopów aluminium przerabianych plastycznie,
• miedzi,
• mosiądzów,
• wybranych stopów niklu.

Oznacza to, że przelicznik używany dla stali nie powinien być automatycznie stosowany do aluminium czy miedzi.

Przeliczanie twardości a wytrzymałość na rozciąganie Rm

W niektórych stalach można również orientacyjnie oszacować wytrzymałość na rozciąganie na podstawie twardości. Dla określonych stali węglowych i niskostopowych często spotyka się przybliżenie:Rm ≈ 3,4–3,6 × HBWgdzie Rm wyrażane jest w MPa. Przykładowo dla stali o twardości około 200 HBW można orientacyjnie oczekiwać wytrzymałości na rozciąganie w pobliżu 700 MPa. Zależność ta nie jest jednak uniwersalna i nie powinna być stosowana bez weryfikacji do stali austenitycznych, duplex, stopów niklu, żeliw czy stopów aluminium.

Dlaczego pomiar bezpośredni jest lepszy od konwersji?

Każda konwersja wprowadza dodatkową niepewność. Jeżeli materiał zmierzono na 500 HV, a następnie przeliczono wynik na HRC, otrzymane HRC nie jest wynikiem pomiaru Rockwella. Jest to jedynie wartość równoważna oszacowana na podstawie zależności statystycznej lub doświadczalnej. Jeżeli specyfikacja wymaga np. 28–32 HRC, najbardziej wiarygodnym sposobem potwierdzenia zgodności jest wykonanie badania HRC, o ile geometria i grubość elementu na to pozwalają.

Kiedy konwersja twardości jest uzasadniona?

Przeliczenie może być przydatne, gdy:

• nie można zastosować wymaganej metody ze względu na geometrię elementu,
• element jest zbyt cienki dla określonej skali Rockwella,
• dostępny jest wynik historyczny w innej skali,
• porównywane są dane z różnych kart materiałowych,
• potrzebna jest orientacyjna ocena twardości,
• norma lub specyfikacja wyraźnie dopuszcza odpowiednią konwersję.

Kiedy nie należy bezkrytycznie przeliczać wyników?

Szczególną ostrożność należy zachować przy:

• badaniach odbiorowych i certyfikacyjnych,
• wartościach znajdujących się bardzo blisko granicy wymagania,
• materiałach silnie niejednorodnych,
• warstwach nawęglanych i azotowanych,
• powłokach i cienkich warstwach,
• stalach austenitycznych umocnionych na zimno,
• stalach duplex i superduplex,
• stopach niklu,
• żeliwach,
• aluminium i innych metalach nieżelaznych.

ISO 18265 – konwersja wartości twardości

Podstawową normą międzynarodową dotyczącą przeliczania twardości materiałów metalicznych jest ISO 18265:2013 – Metallic materials – Conversion of hardness values. Norma określa zasady konwersji wartości twardości na równoważne wartości w innych skalach oraz zasady szacowania wytrzymałości na rozciąganie dla określonych grup materiałów. ISO 18265 zawiera dane dla różnych materiałów, między innymi stali niestopowych i niskostopowych, stali ulepszanych cieplnie, stali narzędziowych, stali szybkotnących, metali twardych oraz wybranych metali nieżelaznych. Konwersję należy wykonywać zgodnie z tabelą właściwą dla danego materiału.

ASTM E140 – tabele konwersji twardości

W systemie ASTM stosowana jest norma ASTM E140. Zawiera ona zależności pomiędzy Brinellem, Vickersem, Rockwellem oraz innymi metodami dla konkretnych grup materiałów. Obejmuje między innymi osobne zależności dla:

• nieaustenitycznych stali węglowych, stopowych i narzędziowych,
• stopów niklu,
• mosiądzu,
• austenitycznych blach ze stali nierdzewnej,
• miedzi,
• żeliwa białego stopowego,
• stopów aluminium przerabianych plastycznie.

Już sam podział normy na różne grupy materiałów pokazuje, dlaczego jedna uniwersalna tabela konwersji nie może być stosowana do wszystkich metali.

ISO 18265 a ASTM E140

Najczęstsze błędy przy przeliczaniu twardości

Do typowych błędów należą:

• stosowanie jednej tabeli do wszystkich materiałów,
• traktowanie wartości przeliczonych jako dokładnych wyników pomiaru,
• przeliczanie HRB na HRC za pomocą prostego wzoru liniowego,
• zakładanie stałej zależności między HRC i HV,
• pomijanie stanu obróbki cieplnej materiału,
• stosowanie tabel dla stali węglowej do stali austenitycznej lub stopu niklu,
• nadmierna liczba cyfr znaczących w wartości przeliczonej,
• używanie konwersji do potwierdzenia wyniku znajdującego się bezpośrednio na granicy wymagania.

Czy można przeliczyć 200 HBW na HRC?

Wartość około 200 HBW znajduje się poniżej typowego zakresu, w którym skala HRC jest najbardziej użyteczna. W takim przypadku bardziej naturalnym porównaniem może być HRB lub HV. Próba przypisania bardzo niskiej wartości HRC może prowadzić do mylącej interpretacji, ponieważ każda skala Rockwella ma określony zalecany zakres zastosowania.

Czy można przeliczyć 700 HV na HRC?

Dla typowych stali hartowanych wartość około 700 HV odpowiada w przybliżeniu 60 HRC. Jest to jednak wartość orientacyjna i nie powinna zastępować bezpośredniego pomiaru, jeżeli HRC jest parametrem wymaganym przez specyfikację.

Czy można przeliczyć 400 HBW na HRC?

Dla typowej stali hartowanej lub ulepszonej cieplnie około 400 HBW odpowiada w przybliżeniu 43 HRC. Dokładny wynik zależy od użytej tabeli oraz rodzaju materiału.

Czy 200 HBW i 200 HV oznaczają tę samą twardość?

Nie. Liczby są podobne, ale skale są zdefiniowane inaczej. W niższych zakresach dla niektórych stali wartości liczbowe HBW i HV mogą być stosunkowo bliskie, jednak nie są identyczne. Przykładowo około 200 HV może odpowiadać mniej więcej 190 HBW. Wraz ze wzrostem twardości różnica pomiędzy wartościami liczbowymi rośnie.

Jak prawidłowo podawać wynik po konwersji?

Jeżeli wartość została przeliczona, warto jasno zaznaczyć ten fakt w dokumentacji. Zamiast przedstawiać wynik jako bezpośredni pomiar, można zapisać na przykład:około 50 HRC – wartość przeliczona z 515 HVlub:≈ 50 HRC według tabel konwersji dla stali. Pozwala to uniknąć sytuacji, w której odbiorca uzna wartość przeliczoną za wynik rzeczywistego pomiaru Rockwella.

Przeliczanie twardości HBW, HRC, HRB i HV jest przydatnym narzędziem technicznym, ale należy pamiętać, że są to różne metody badawcze wykorzystujące inne wgłębniki, obciążenia i sposoby oceny odcisku. Nie istnieje jedna uniwersalna zależność pozwalająca dokładnie przeliczać wartości pomiędzy wszystkimi skalami i materiałami. Dla typowych stali można korzystać z orientacyjnych zależności, np. około 300 HV ≈ 285 HBW ≈ 30 HRC, 515 HV ≈ 480 HBW ≈ 50 HRC czy 700 HV ≈ 655 HBW ≈ 60 HRC, ale przy badaniach odbiorowych należy stosować tablice właściwe dla konkretnego materiału według ISO 18265, ASTM E140 albo odpowiedniej normy produktu. Jeżeli wymaganie techniczne określone jest w konkretnej skali, najbardziej wiarygodnym rozwiązaniem pozostaje bezpośredni pomiar właśnie w tej skali.

Aplikacja – Konwerter twardości Brinella HB, Rockwella HRC, Vickersa HV, Mohsa

Twardość metali i stali – metody pomiaru, skale twardości i przeliczanie
Twardość Rockwella HRC, HRB i HRA – metoda pomiaru, skale i zastosowanie
Twardość Brinella HBW – metoda pomiaru, skala, wzór i zastosowanie
Twardość Vickersa HV – metoda pomiaru, wzór i zastosowanie
Twardość Knoopa HK – metoda pomiaru, mikrotwardość i zastosowanie
Przeliczanie twardości HBW, HRC, HRB i HV – tabele konwersji