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嘉峪檢測網 2019-07-23 11:21
金屬材料硬度試驗方法是用于檢測和評定金屬材料及產品質量的重要手段之一，廣泛用于檢測冶金產品的質量及熱處理工藝。由于影響硬度試驗結果的因素較多，因此試驗方法的標準化是獲得準確可靠試驗數據的重要保障。洛氏硬度試驗方法是測定金屬材料硬度的一種常用方法，我國金屬材料洛氏硬度試驗方法國家標準GB/T 230.1修改采用ISO 6508-1，最新版本為2018年修訂版，即GB/T 230.1-2018«金屬材料洛氏硬度試驗第1部分：試驗方法»。
筆者對比了GB/T 230.1標準2018版和2009版兩個版本之間的主要技術差異點，并對這些差異進行了分析，以供各實驗室參考，從而更好地執行新版標準。
兩版標準之間的主要技術差異
1、壓頭材料
GB/T 230.1-2018范圍中著重提出了本部分標準適用于固定式和便攜式洛氏硬度計，還有非常重要的一點是對于壓頭的說明，碳化鎢合金球形壓頭是標準型洛氏硬度試驗壓頭，鋼球壓頭僅在滿足標準附錄A的情況下才可以使用，也就是說鋼球壓頭只能用于HR30TSm和HR15TSm標尺，這點相較于2009版標準有了更明確的要求，便于用戶對于壓頭的選用。
洛氏硬度試驗美國標準ASTM E18把硬度計、壓頭、硬度塊分成不同的等級，不同等級直接檢驗的周期和地點要求也不同。碳化鎢合金球形壓頭與鋼球壓頭相比具有更高的強度和硬度，不易變形，鋼球壓頭強度和硬度如達不到計量檢定標準的要求，使用過程中容易產生變形，形成橢圓體，其幾何尺寸超差，當被測金屬表面與橢圓體鋼球的短軸垂直時，容易造成壓痕變淺，從而導致試驗測得的結果比實際值偏大。
2、試驗原理
將特定尺寸、形狀和材料的壓頭按照GB/T 230.1－2018中第7章的規定分兩級試驗力壓入試樣表面：初試驗力加載后，測量初始壓痕深度；隨后施加主試驗力，在卸除主試驗力后保持初試驗力時測量最終壓痕深度，洛氏硬度HR根據最終壓痕深度和初始壓痕深度的差值h及常數N和S通過下式計算得到
式中：常數N和S在GB/T 230.1－2018表3中有詳細的說明。
試驗原理是對試驗項目本質的說明，2018版標準對洛氏硬度試驗原理的描述更加清楚、具體，明確提出了加載和保持兩級試驗力、測量初始壓痕深度和最終壓痕深度的時刻。2018版標準中的圖1洛氏硬度試驗原理圖，較2009版標準增加了一條壓頭位置-時間曲線，這條曲線非常形象地描繪出了在整個試驗過程中壓頭位置隨試驗時間的變化，有助于試驗人員對洛氏硬度試驗本質的理解和把握。
3、各標尺適用范圍
由表1可見：2018版標準將洛氏硬度HRA標尺適用范圍的上限調整到95HRA，將洛氏硬度HRB標尺的適用范圍下限調整到了10HRBW，在2009版標準表1的注釋a和b也有相應的說明；2018版標準對于洛氏硬度HRC標尺適用范圍延伸至10HRC的規定更加具體，明確了對金剛石圓錐壓頭的具體要求，因而在試驗過程中可操作性更強。
表1 標尺適用范圍對比
還有一點實驗室在日常試驗過程中需要注意，2018版標準中球形壓頭的硬度符號后面都加了“W”，代表壓頭材料為碳化鎢合金。
4、試樣表面粗糙度
2009版標準中建議試樣表面粗糙度Ra不大于1.6μm，2018版標準中刪除了對試樣表面粗糙度的要求。由于洛氏硬度在理論上是以平面為基準的，對于凹凸不平的表面，即表面粗糙度較大的表面，在相同試驗力作用下較表面粗糙度小的表面壓頭壓入深度要更大一些，因此測得的洛氏硬度值偏低。隨著試樣表面粗糙度的增大，不同硬度范圍試樣的洛氏硬度測試誤差逐漸增加，但低硬度試樣的增大趨勢更為明顯，且誤差絕對值也更大，即表面粗糙度對低硬度試樣的洛氏硬度測試結果的影響更為明顯。
鑒于試樣表面粗糙度對于洛氏硬度試驗結果有著不容忽視的影響，建議實驗室在作業指導書中規定出明確的表面粗糙度Ra要求，以得到一致性較好的試驗數據。
5、試驗力保持時間
由表2可見，2018版標準對于試驗力保持時間的要求更加明確，相比2009版標準很重要的變化就是要求初試驗力加載時間不超過2s，以及主試驗力卸除后初試驗力保持時間為s，這與2009版標準的“經短時間穩定后”相比可操作性更強。實驗室在組織試驗的時候，試驗條件具體明確，試驗結果的一致性就會更好。
表2 試驗力保持時間對比
6、日常檢查程序
2018版標準中附錄C由資料性附錄改為規范性附錄，實驗室在日常工作過程中要按照該附錄的要求進行操作。2018版標準附錄C中規定的硬度計日常檢查程序更加詳細，并且給出了偏差和重復性的計算方法，可以作為實驗室質量控制的措施之一，確保硬度計的穩定性。硬度計的穩定性可以有效幫助實驗室確定核查周期，提高工作質量。有文獻研究表明：HRC洛氏硬度標尺的穩定性較好，硬度計的校準周期可以維持正常；HRB洛氏硬度標尺的穩定性相對較差，建議增加期間核查的頻次。
總則要求
需要實驗室高度注意以下兩個方面：一是至少在標準硬度塊上測試兩個點；二是偏差和重復性都在允許的范圍內硬度計才符合要求。相比2009版標準，2018版標準增加了重復性要求，這就對試驗過程提出了更高的要求。
偏差和重復性計算方法
偏差用b來表示，按照下式計算
式中：b為試驗設備的偏差；為硬度平均值；HCRM為標準硬度塊的標準值。
各壓痕的硬度平均值按照下式計算
式中：H1，…，Hn為按硬度值從小到大的順序排列的硬度測試值；n為全部壓痕個數。
重復性用r來表示，按照下式計算
r＝Hn－H1(4)
式中：H1，…，Hn為按硬度值從小到大的順序排列的硬度測試值。
除了上述要求之外，在2018版標準中還有一點必須要引起注意，即在表C.1中，允許的硬度計的重復性范圍由原GB/T 230.2中洛氏單位或百分比修改為洛氏單位或一個計算公式，實驗室在執行過程中要注意根據公式計算出重復性，并按標準要求在兩個指標中取較大者。
7、其他事項
壓痕中心距離
表3 壓痕中心距離對比
由表3可見，2018版標準修改了兩相鄰壓痕中心之間的距離與壓痕直徑之間的倍數關系，并且刪除了兩相鄰壓痕中心之間距離及任一壓痕中心距試樣邊緣距離的最小值要求。這樣對于試驗面尺寸較小不滿足2009版標準要求的試樣，有可能滿足2018版標準的要求。
結果修約
2018版標準刪除了洛氏硬度值的修約要求，實驗室在給出試驗數據的時候可參考相關產品標準要求執行。
結束語
洛氏硬度試驗新標準GB/T 230.1－2018較上一版本GB/T 230.1－2009有了較大變化，試驗過程的具體要求更加明確，尤其是對于硬度計的日常檢查提出了更高的要求，在試驗過程中要注意滿足新標準的要求，尤其是在進行能力驗證或是其他要求嚴格的試驗時，要確保試驗條件一致，從而確保實驗室數據的準確性和一致性。
作者：周志超，高級工程師，北京首鋼股份有限公司
來源：理化檢驗
