布氏硬度介绍及其操作说明
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2Hale Waihona Puke Baidu
试验力 N（kg) 29420(3000) 14710(1500) 9807(1000) 4903(500) 2452(250) 980.7(100) 7355(750) 2452(250) 1226(125) 612.9(62.5) 1839(187.5) 612.9(62.5)
试件的最小厚度应大于压痕深度的 10 倍。测试后，试件背面不得有可见的 变形痕迹，反之视为无效，应重新选择球直径或试验力。
2 2
表 3 布氏硬度试验标尺、压头、试验力的对应关系 硬度符号 HBW 10/3000 HBW 10/1500 HBW 10/1000 HBW 10/500 HBW 10/250 HBW 10/100 HBW 5/750 HBW 5/250 HBW 5/125 HBW 5/62.5 HBW 2.5/187.5 HBW 2.5/62.5 压头球直径（mm） 10 10 10 10 10 10 5 5 5 5 2.5 2.5 F/D 30 15 10 5 2.5 1 30 10 5 2.5 30 10
同材料） ，必须保证二者压痕的几何形状相似，也即保证压入角 φ 相等。由于 d D sin 带入式（2a）得
2
，
HB
P D2
2 2 1 1 sin 2
(3)
此式说明，若压入角 φ 不变，为了使同一材料在两种 P-D 组合下测得的硬度也不变， 则要求 P/D2 也应保持为常数，即
P1 P 22 常数 2 D1 D2
（4）
此即相似性条件。 大量试验表明，上述相似性原理只有在压痕满足 0.24D≤d≤0.6D 的条件下才成立，为 此，国家标准规定了三种 P/D2 的值：30、10、2.5，可根据材料及工件厚度选取，如表 1 所 示。
表 1 布氏硬度试验规范 金属 类型 布氏硬度值 （HB） 140～150 试样厚度 /mm 6～3 黑 色 金 属 ＜140 4～2 ＜2 ＞6 6～3 ＜3 6～3 ＞130 有 色 金 属 8～35 36～130 4～2 ＜2 9～3 6～3 ＜3 ＞6 6～3 ＜3 钢球直径 D /mm 10 5 2.5 10 5 2.5 10 5 2.5 10 5 2.5 10 5 2.5 载荷 P /kgf 3000 750 187.5 1000 250 62.5 3000 750 187.5 1000 250 62.5 250 62.5 15.6 P＝2.5D2 60 P＝10D2 30 P＝30D2 30 P＝10D2 10 P＝30D2 10 P～D 关系 载荷保持时间 /s
8~650 HBW 15 倍 0.00125mm
1
2
3 4
1.上盖板 2.紧 定 螺 钉 3.开 关 4. 数 显 测 微 目 镜 插 口 5. 交 流 电 输 入 插 口 6.旋 轮 7. 数 显 测 微 目 镜
7
5 6
操作面板功能介绍（图 4）
500kg f
D1: D2:
2.500 2.500 0.0 kg
注意:当使用第 1 组试验力试验时，因您用力过大，使自动加荷值〉40kg 时，仪 器不工作，请您卸除所有试验力，重复上述方法继续操作。数值接近自动 加试验力值时应缓慢转动旋轮。
数显式测量显微镜的使用
1 将打好布氏硬度压痕的硬度块或试件放在平稳的台面上，把测量显微镜置于硬 度块或试件上，调节光源亮度“LIGHT+”或“LIGHT-” 。旋转显微镜上的眼罩， 使压痕边缘清晰。 2 转动测量显微镜两侧毂轮，观察两条刻线相互靠近，当两条刻线内则边缘非常 接近时，处于无透光间隙的临界状态，按下“CLR-D”键置零。
3 转动测量显微镜毂轮，将左边的刻线内侧与压痕左边的边缘相切，再使右边刻
(a)压头压入试样表面
(b)卸载后测量压痕直径
图 2 压痕几何相似原理示意图
图 1 布氏硬度试验原理图
材料有硬有软，工件有厚有薄，如果只选用一种载荷 P 和压头直径 D 的组合条件进行 试验，则可能发生下列情况：硬的材料表面只留下一很小的浅坑；软的材料压头将深深埋入 材料内部；或者薄的工件被“压透” 。后两种情况将得不到准确的硬度值。因此，布氏硬度 试验要求根据具体情况来选择不同的载荷 P 和压头直径 D 的组合。但是，为了能统一比较， 载荷 P 和压头直径 D 的组合不能任意选择，应满足“压痕几何相似原理” 。图 2 表示了同一 种材料制成的工件在两组不同 P -D 的组合下的压痕几何，要想两者的硬度值相同（因为相
HB: T: 10
601.5 N: 01
3000/10
LOADING
TIME
TIME
CLR-D
DWELL
LIGHT
LIGHT
CLR-F
FORCE
FORCE
试验状态
图4 1 输出显示用 LCD 液晶显示器和发光二级管。显示屏显示 D1、D2 输入值，HB 硬 度值、实际试验力(瞬时)、试验力/球压头、保荷时间、硬度测试次数、加卸荷 状态。 2 试验力显示：在加荷试验时，显示出实际试验力(瞬时值 kg)，如 3000kg。 3 保荷时间，当加荷结束时，保荷时间呈倒计时，保荷时间范围从 05~60 秒，共 12 档，一般设在 15 秒。 4 试验状态显示，试验时分为三个阶段，加荷阶段 LOADING 灯亮，保荷阶段 DWELL 灯亮，卸荷阶段 UNLOADING 灯亮。 5 输入功能键， 面板上共设 9 个键。 两个为保荷时间増减键， 两个为力值増减键， 两个为光源増减键.每按一下，应发出“嘟”声，当发出“嘟叻叻…”较长声， 表示该值已达到最大值或最小值；一个停止键，两个清零键(CLR-F、 CLR-D)。 使保荷时间增加。每按一下 TIME+ 键，则会发出“嘟”的一声，表 示保荷时间增加 5 秒。 使保荷时间减少。每按一下 TIME- 键，则会发出“嘟”的一声，表 示保荷时间减少 5 秒。
LIGHT-
FORCE+
FORCE-
CLR-D
CLR-F
置零键——当负荷全部卸除后（工件与压头脱开） ，试验力显示还有 余数，按该键置零。 停止键——硬度计在试验时需要停止请按此键。按此键后，仪器停 止加荷恢复到起始位置。
STOP
硬度计的使用步骤： 1 将试样稳固地放置于试台上，保证在试验过程中不发生位移和绕曲。 2 打开电源开关，杠杆自动调整进入起始位置，面板显示 D1:、D2:，HB:。如显 示试验力剩余值， 按 CLR-F 键清除。 开机时试验力设定在 3000kg， 压头直经 10mm， 时间设定在 15 秒。本仪器的试验力有 2 组共十二级； 第 1 组：62.5kg~250kg，手动加力>30kg，即自动加荷。 第 2 组：500kg~3000kg，手动加力>90kg，即自动加荷。 3 仪器试验前的准备工作就绪后，转动手轮，当试件接触压头的同时试验力也开 始显示，试验力接近自动加荷值时，必须缓慢上升，仪器发出“嘟”响声，应停 止转动手轮，加荷指示灯 LOADING 亮，试验力自动加载，运行到达所选定的试 验力时，保荷开始，保荷指示灯 DWELL 亮，加荷指示灯暗，并进入倒计时，待 保荷时间结束，保荷指示灯暗，自动进行卸荷，同时卸荷指示灯 UNLOADING 亮， 卸荷结束后指示灯暗时， 反向转动旋轮使工件与压头脱开， 杠杆回复到起始位置。 一次测试结束。
2P
（2a）
HB
D D 2 D 2 d 2
（2b）
式中，只有 d 是变数，试验时只要测量出压痕直径 d（mm） ，可通过计算或查布氏硬度表得 到 HB 值。 根据待测材料不同，压头可选用淬火钢球和硬质合金球两大类，硬度符号分别以 HBS 和 HBW 区别表示。前者适用于硬度值在 450 以下的材料；后者适用于硬度值为 450～650 的材料。 布氏硬度 HBW 表达方法： 硬度值/ HBW 压头直径、试验力的 kgf 值/保载时间
表 4 试件最小厚度与硬度间关系
试件最小厚度 压痕平均直径 d D=1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.2 5.4 5.6 5.8 6 0.08 0.18 0.33 0.54 0.8 0.29 0.4 0.53 0.67 0.83 1.02 1.23 1.46 1.72 2 0.58 0.69 0.8 0.92 1.05 1.19 1.34 1.5 1.67 2.04 2.46 2.92 3.43 4 1.17 1.38 1.6 1.84 2.1 2.38 2.68 3 3.34 3.7 4.08 4.48 4.91 5.36 5.83 6.33 6.86 7.42 8 D=2.5 球直径 D=5 D=10
硬度计的正确使用 为了确保布氏硬度测试的正确，应满足表 2 要求。 表 2 布氏硬度试验材料与 F/D 的选择 材料 钢及铸铁 布氏硬度 ＜140 ≥140 ＜35 铜和铜合金 35~130 ＞130 <35 轻金属及其合金 35~80 ＞80 F—试验力（kg） D—球直经（mm） F/D 10 30 5 10 30 2.5 5,10 10
试验力的保持时间：黑色金属 10~15 秒；有色金属 30 秒，硬度值小于 35HBW 时为 60 秒。 压痕中心距试样边缘距离不应小于压痕直径的 2.5 倍，两相邻压痕中心距不 应小于压痕平均直径的 3 倍。硬度小于 35HB 时，上述距离应分别为压痕平均直 径的 3 倍和 6 倍。如果不按这一标准试验，压痕会出现不对称现象，硬度值会出 现偏高或偏低，得不到正确的测试数据。 应在两相互垂直的方向上测量压痕直径，并取其算术平均值，压痕两直径之 差不应超过较小直径的 2%。 试样应制成光滑平面，其表面粗糙度不应低于 1.6，若球直径为φ2.5mm，试 样的粗糙度应在 0.8 以下，以使压痕边缘清晰，保证测量结果的准确性。试样表 面应无氧化皮，电镀层以及表面受热或其它污物。 MHB-3000 型数显布氏硬度计使用说明书 生产单位: 上海尚材试验机有限公司 硬度计的技术参数 试 验 力 ： 612.9N(62.5kg) 、 980.7N(100kg) 、 1226N(125kg) 、 1839N(187.5kg) 2452N(250kg)、 4903N(500kg)、 7355N(750kg)、 9807N(1000kg)、 14710N(1500kg)、 29420N(3000kg) 压头规格：φ2.5mm 球压头；φ5mm 球压头； φ10mm 球压头 硬度测试范围： 读数显微镜放大倍率： 测微毂轮最小分度值： 硬度计示意图（图 3）
TIME+
TIME-
LIGHT+
使光源亮度增强。每按一下 LIGHT+ 键，则会发出“嘟”的一声， 表示亮度正在增强 使光源亮度减弱。每按一下 LIGHT- 键，则会发出“嘟”的一声， 表示亮度正在减弱 选择试验力(kg)/球压头(mm)键，每按一下，FOGCE+试验力增大，范 围见表 2。注意：要更换相应的球压头。 选择试验力(kg)/球压头(mm) 键，每按一下 FORCE-试验力减小（同 上） 。 置零键——数显式测量显微镜置零。
HB
P P A Dh
(1)
在实际试验时，由于测量压痕直径 d 比压痕深度 h 方便，因此将（1）式中的 h 换算成 d 的表达式。根据几何关系
h
因此，当载荷单位为 kgf 时，有
D 1 D2 d 2 2 2
HB
当载荷单位为 N 时，有
D D D 2 d 2
0.102 2 P
布氏硬度
布氏硬度（Brinell hardness）试验是 1900 年由瑞典工程师 J.B.Brinell 提出的，是目前最 常用的硬度试验方法之一。布氏硬度试验原理如图 1 所示，以一定大小的载荷 P（kgf 或 N） 将直径为 D 的球形压头压入试样表面，经规定保持时间后卸除载荷，根据压痕的表面积 A ，计算单位面积上所承受的载荷来表征硬度，用符号 HB 表示，即 （mm2）
试验力 N（kg) 29420(3000) 14710(1500) 9807(1000) 4903(500) 2452(250) 980.7(100) 7355(750) 2452(250) 1226(125) 612.9(62.5) 1839(187.5) 612.9(62.5)
试件的最小厚度应大于压痕深度的 10 倍。测试后，试件背面不得有可见的 变形痕迹，反之视为无效，应重新选择球直径或试验力。
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表 3 布氏硬度试验标尺、压头、试验力的对应关系 硬度符号 HBW 10/3000 HBW 10/1500 HBW 10/1000 HBW 10/500 HBW 10/250 HBW 10/100 HBW 5/750 HBW 5/250 HBW 5/125 HBW 5/62.5 HBW 2.5/187.5 HBW 2.5/62.5 压头球直径（mm） 10 10 10 10 10 10 5 5 5 5 2.5 2.5 F/D 30 15 10 5 2.5 1 30 10 5 2.5 30 10
同材料） ，必须保证二者压痕的几何形状相似，也即保证压入角 φ 相等。由于 d D sin 带入式（2a）得
2
，
HB
P D2
2 2 1 1 sin 2
(3)
此式说明，若压入角 φ 不变，为了使同一材料在两种 P-D 组合下测得的硬度也不变， 则要求 P/D2 也应保持为常数，即
P1 P 22 常数 2 D1 D2
（4）
此即相似性条件。 大量试验表明，上述相似性原理只有在压痕满足 0.24D≤d≤0.6D 的条件下才成立，为 此，国家标准规定了三种 P/D2 的值：30、10、2.5，可根据材料及工件厚度选取，如表 1 所 示。
表 1 布氏硬度试验规范 金属 类型 布氏硬度值 （HB） 140～150 试样厚度 /mm 6～3 黑 色 金 属 ＜140 4～2 ＜2 ＞6 6～3 ＜3 6～3 ＞130 有 色 金 属 8～35 36～130 4～2 ＜2 9～3 6～3 ＜3 ＞6 6～3 ＜3 钢球直径 D /mm 10 5 2.5 10 5 2.5 10 5 2.5 10 5 2.5 10 5 2.5 载荷 P /kgf 3000 750 187.5 1000 250 62.5 3000 750 187.5 1000 250 62.5 250 62.5 15.6 P＝2.5D2 60 P＝10D2 30 P＝30D2 30 P＝10D2 10 P＝30D2 10 P～D 关系 载荷保持时间 /s
8~650 HBW 15 倍 0.00125mm
1
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1.上盖板 2.紧 定 螺 钉 3.开 关 4. 数 显 测 微 目 镜 插 口 5. 交 流 电 输 入 插 口 6.旋 轮 7. 数 显 测 微 目 镜
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操作面板功能介绍（图 4）
500kg f
D1: D2:
2.500 2.500 0.0 kg
注意:当使用第 1 组试验力试验时，因您用力过大，使自动加荷值〉40kg 时，仪 器不工作，请您卸除所有试验力，重复上述方法继续操作。数值接近自动 加试验力值时应缓慢转动旋轮。
数显式测量显微镜的使用
1 将打好布氏硬度压痕的硬度块或试件放在平稳的台面上，把测量显微镜置于硬 度块或试件上，调节光源亮度“LIGHT+”或“LIGHT-” 。旋转显微镜上的眼罩， 使压痕边缘清晰。 2 转动测量显微镜两侧毂轮，观察两条刻线相互靠近，当两条刻线内则边缘非常 接近时，处于无透光间隙的临界状态，按下“CLR-D”键置零。
3 转动测量显微镜毂轮，将左边的刻线内侧与压痕左边的边缘相切，再使右边刻
(a)压头压入试样表面
(b)卸载后测量压痕直径
图 2 压痕几何相似原理示意图
图 1 布氏硬度试验原理图
材料有硬有软，工件有厚有薄，如果只选用一种载荷 P 和压头直径 D 的组合条件进行 试验，则可能发生下列情况：硬的材料表面只留下一很小的浅坑；软的材料压头将深深埋入 材料内部；或者薄的工件被“压透” 。后两种情况将得不到准确的硬度值。因此，布氏硬度 试验要求根据具体情况来选择不同的载荷 P 和压头直径 D 的组合。但是，为了能统一比较， 载荷 P 和压头直径 D 的组合不能任意选择，应满足“压痕几何相似原理” 。图 2 表示了同一 种材料制成的工件在两组不同 P -D 的组合下的压痕几何，要想两者的硬度值相同（因为相
HB: T: 10
601.5 N: 01
3000/10
LOADING
TIME
TIME
CLR-D
DWELL
LIGHT
LIGHT
CLR-F
FORCE
FORCE
试验状态
图4 1 输出显示用 LCD 液晶显示器和发光二级管。显示屏显示 D1、D2 输入值，HB 硬 度值、实际试验力(瞬时)、试验力/球压头、保荷时间、硬度测试次数、加卸荷 状态。 2 试验力显示：在加荷试验时，显示出实际试验力(瞬时值 kg)，如 3000kg。 3 保荷时间，当加荷结束时，保荷时间呈倒计时，保荷时间范围从 05~60 秒，共 12 档，一般设在 15 秒。 4 试验状态显示，试验时分为三个阶段，加荷阶段 LOADING 灯亮，保荷阶段 DWELL 灯亮，卸荷阶段 UNLOADING 灯亮。 5 输入功能键， 面板上共设 9 个键。 两个为保荷时间増减键， 两个为力值増减键， 两个为光源増减键.每按一下，应发出“嘟”声，当发出“嘟叻叻…”较长声， 表示该值已达到最大值或最小值；一个停止键，两个清零键(CLR-F、 CLR-D)。 使保荷时间增加。每按一下 TIME+ 键，则会发出“嘟”的一声，表 示保荷时间增加 5 秒。 使保荷时间减少。每按一下 TIME- 键，则会发出“嘟”的一声，表 示保荷时间减少 5 秒。
LIGHT-
FORCE+
FORCE-
CLR-D
CLR-F
置零键——当负荷全部卸除后（工件与压头脱开） ，试验力显示还有 余数，按该键置零。 停止键——硬度计在试验时需要停止请按此键。按此键后，仪器停 止加荷恢复到起始位置。
STOP
硬度计的使用步骤： 1 将试样稳固地放置于试台上，保证在试验过程中不发生位移和绕曲。 2 打开电源开关，杠杆自动调整进入起始位置，面板显示 D1:、D2:，HB:。如显 示试验力剩余值， 按 CLR-F 键清除。 开机时试验力设定在 3000kg， 压头直经 10mm， 时间设定在 15 秒。本仪器的试验力有 2 组共十二级； 第 1 组：62.5kg~250kg，手动加力>30kg，即自动加荷。 第 2 组：500kg~3000kg，手动加力>90kg，即自动加荷。 3 仪器试验前的准备工作就绪后，转动手轮，当试件接触压头的同时试验力也开 始显示，试验力接近自动加荷值时，必须缓慢上升，仪器发出“嘟”响声，应停 止转动手轮，加荷指示灯 LOADING 亮，试验力自动加载，运行到达所选定的试 验力时，保荷开始，保荷指示灯 DWELL 亮，加荷指示灯暗，并进入倒计时，待 保荷时间结束，保荷指示灯暗，自动进行卸荷，同时卸荷指示灯 UNLOADING 亮， 卸荷结束后指示灯暗时， 反向转动旋轮使工件与压头脱开， 杠杆回复到起始位置。 一次测试结束。
2P
（2a）
HB
D D 2 D 2 d 2
（2b）
式中，只有 d 是变数，试验时只要测量出压痕直径 d（mm） ，可通过计算或查布氏硬度表得 到 HB 值。 根据待测材料不同，压头可选用淬火钢球和硬质合金球两大类，硬度符号分别以 HBS 和 HBW 区别表示。前者适用于硬度值在 450 以下的材料；后者适用于硬度值为 450～650 的材料。 布氏硬度 HBW 表达方法： 硬度值/ HBW 压头直径、试验力的 kgf 值/保载时间
表 4 试件最小厚度与硬度间关系
试件最小厚度 压痕平均直径 d D=1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 5.2 5.4 5.6 5.8 6 0.08 0.18 0.33 0.54 0.8 0.29 0.4 0.53 0.67 0.83 1.02 1.23 1.46 1.72 2 0.58 0.69 0.8 0.92 1.05 1.19 1.34 1.5 1.67 2.04 2.46 2.92 3.43 4 1.17 1.38 1.6 1.84 2.1 2.38 2.68 3 3.34 3.7 4.08 4.48 4.91 5.36 5.83 6.33 6.86 7.42 8 D=2.5 球直径 D=5 D=10
硬度计的正确使用 为了确保布氏硬度测试的正确，应满足表 2 要求。 表 2 布氏硬度试验材料与 F/D 的选择 材料 钢及铸铁 布氏硬度 ＜140 ≥140 ＜35 铜和铜合金 35~130 ＞130 <35 轻金属及其合金 35~80 ＞80 F—试验力（kg） D—球直经（mm） F/D 10 30 5 10 30 2.5 5,10 10
试验力的保持时间：黑色金属 10~15 秒；有色金属 30 秒，硬度值小于 35HBW 时为 60 秒。 压痕中心距试样边缘距离不应小于压痕直径的 2.5 倍，两相邻压痕中心距不 应小于压痕平均直径的 3 倍。硬度小于 35HB 时，上述距离应分别为压痕平均直 径的 3 倍和 6 倍。如果不按这一标准试验，压痕会出现不对称现象，硬度值会出 现偏高或偏低，得不到正确的测试数据。 应在两相互垂直的方向上测量压痕直径，并取其算术平均值，压痕两直径之 差不应超过较小直径的 2%。 试样应制成光滑平面，其表面粗糙度不应低于 1.6，若球直径为φ2.5mm，试 样的粗糙度应在 0.8 以下，以使压痕边缘清晰，保证测量结果的准确性。试样表 面应无氧化皮，电镀层以及表面受热或其它污物。 MHB-3000 型数显布氏硬度计使用说明书 生产单位: 上海尚材试验机有限公司 硬度计的技术参数 试 验 力 ： 612.9N(62.5kg) 、 980.7N(100kg) 、 1226N(125kg) 、 1839N(187.5kg) 2452N(250kg)、 4903N(500kg)、 7355N(750kg)、 9807N(1000kg)、 14710N(1500kg)、 29420N(3000kg) 压头规格：φ2.5mm 球压头；φ5mm 球压头； φ10mm 球压头 硬度测试范围： 读数显微镜放大倍率： 测微毂轮最小分度值： 硬度计示意图（图 3）
TIME+
TIME-
LIGHT+
使光源亮度增强。每按一下 LIGHT+ 键，则会发出“嘟”的一声， 表示亮度正在增强 使光源亮度减弱。每按一下 LIGHT- 键，则会发出“嘟”的一声， 表示亮度正在减弱 选择试验力(kg)/球压头(mm)键，每按一下，FOGCE+试验力增大，范 围见表 2。注意：要更换相应的球压头。 选择试验力(kg)/球压头(mm) 键，每按一下 FORCE-试验力减小（同 上） 。 置零键——数显式测量显微镜置零。
HB
P P A Dh
(1)
在实际试验时，由于测量压痕直径 d 比压痕深度 h 方便，因此将（1）式中的 h 换算成 d 的表达式。根据几何关系
h
因此，当载荷单位为 kgf 时，有
D 1 D2 d 2 2 2
HB
当载荷单位为 N 时，有
D D D 2 d 2
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布氏硬度
布氏硬度（Brinell hardness）试验是 1900 年由瑞典工程师 J.B.Brinell 提出的，是目前最 常用的硬度试验方法之一。布氏硬度试验原理如图 1 所示，以一定大小的载荷 P（kgf 或 N） 将直径为 D 的球形压头压入试样表面，经规定保持时间后卸除载荷，根据压痕的表面积 A ，计算单位面积上所承受的载荷来表征硬度，用符号 HB 表示，即 （mm2）