洛氏硬度的表示及其試驗方法標準

黃曉艷

陸軍軍事交通學院鎮(zhèn)江校區(qū)船艇動力系（江蘇鎮(zhèn)江 212003）

1 引言

硬度是模具材料常用的力學性能指標之一，硬度試驗尤其是洛氏硬度試驗，是力學性能試驗中最簡單易行的一種試驗方法，其設備簡單，操作迅速簡便，又可直接在零件或工具上進行試驗而不破壞工件，并且還可根據測得的硬度值估算出材料的近似抗拉強度和耐磨性。洛氏硬度試驗是目前生產中應用最廣泛的一種硬度試驗，洛氏硬度可通過國家標準規(guī)定的試驗方法來測定，其表達方法國家標準也有明確的規(guī)定。然而，目前還有很多的教材、發(fā)表的論文、影像資料等仍沿用很早以前的舊標準，洛氏硬度的表示也不規(guī)范，如HRC50、60HRB等。為此，本文根據最新的國家標準對洛氏硬度的的規(guī)范表達和GB/T 230.1-2018《金屬材料 洛氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》的修訂情況進行介紹，并與舊標準進行分析比較，以便相關人員能更好地宣傳和貫徹新標準。

2 洛氏硬度的表示

洛氏硬度試驗方法國家標準明確規(guī)定了洛氏硬度的表示方法，其最新版本是2018年12月1日開始實施的GB/T 230.1-2018《金屬材料 洛氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》。GB/T 230于1983年首次發(fā)布，分別于1991、2004、2009和2018年進行了四次修訂。表1為洛氏硬度表示方法新舊標準的對照。由表可見，從2004版標準起，增加了6個表面洛氏硬度標尺：15N、30N、45N、15T、30T、45T。2004年前標準的壓頭類型有兩種：金剛石圓錐或鋼球。2004版國標規(guī)定，壓頭除了這兩種以外，還可以使用硬質合金球壓頭。2009版國標中規(guī)定，一般只允許使用金剛石圓錐或硬質合金球兩種壓頭，且在“范圍”中明確說明：硬質合金球形壓頭為標準型洛氏硬度壓頭，如果在產品標準或協(xié)議中有規(guī)定時，允許使用鋼球壓頭。但在2018版國標中規(guī)定，球形壓頭的材質為碳化鎢合金，除薄產品HR30TSm和HR15TSm（大寫S和小寫m表示使用鋼球壓頭和金剛石試樣支撐臺）外，球型壓頭就碳化鎢合金球一種。

為了區(qū)別洛氏硬度試驗所使用的壓頭類型，從2004版標準起對于使用球形壓頭標尺，在硬度符號后面要追加符號“S”或“W”，如表1中所示的表示方法及其示例。如“50HRB”的表達方法，在2004年前是規(guī)范表示，但2004版以后就是不規(guī)范的表示，必須說明球壓頭代號；再如“60HRBS”，在2018年12月1日（GB/T 230.1-2018實施日）前是規(guī)范表示，但這之后就不是規(guī)范表示了。

表1 洛氏硬度表示方法新舊標準對照

3 GB/T 230.1-2018《金屬材料 洛氏硬度試驗第1部分：試驗方法》修訂情況

GB/T 230.1-2018《金屬材料 洛氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》（以下簡稱新標準）于2018年5月14日發(fā)布，2018年12月1日正式實施。該標準修改采用國際標準ISO 6508-1：2016《金屬材料 洛氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》。與舊標準GB/T 230.1-2009《金屬材料 洛氏硬度試驗 第1部分：試驗方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺)》相比，新標準的名稱發(fā)生了變化，新標準將標準名稱中所規(guī)定的洛氏硬度標尺移至“范圍”一章。與舊標準相相比主要變化如下。

3.1 范圍方面的修改

（1）修改了球形壓頭的材質。舊標準球形壓頭的材料是硬質合金，新標準將其修改為碳化鎢合金，這一修改球壓頭的材質更確切、更具體。

（2）修改了鋼球壓頭的使用范圍，由“如果在產品標準或協(xié)議中有規(guī)定時，允許使用鋼球壓頭”修改為“僅在滿足附錄A的情況下才可使用”。即鋼球壓頭僅適用于特定條件，只有在薄產品HR30TSm和HR15TSm試驗時才能使用。

3.2 修改了洛氏硬度HRA、HRB和HRC的適用范圍

（1）舊標準規(guī)定HRA的適用范圍為:20HRA～88HRA，試驗允許范圍可延伸至94HRA；新標準將其修改為:20HRA～95HRA。

（2）舊標準規(guī)定HRB的適用范圍為：20HRB～100HRB，如果在產品標準或協(xié)議中有規(guī)定時，試驗允許范圍可延伸至10HRBW；新標準將其修改為：10HRBW～100HRBW。

（3）修改了洛氏硬度HRC適用范圍延伸至10HRC的規(guī)定。舊標準規(guī)定：如果壓痕具有合適的尺寸，試驗允許范圍可延伸至10HRC；新標準將其修改為：當金剛石表面和頂端球面是經過拋光的，且拋光至沿金剛石圓錐軸向距離尖端至少0.4mm，試驗適用范圍可延伸至10HRC。

3.3 修改了試驗力加載和保持時間

（1）刪除了電子控制硬度計的初試驗力施加總時間的要求，增加了初試驗力F0加載時間“不超過2s”的要求。

（2）修改了初試驗力F0的保持時間，由“不超過3s”修改為“s”，3s是理想的保持時間，可接受的保持時間范圍是1～4s。

（3）刪除了硬度約為60HRC及78HR30N兩種試樣的主試驗力F1的加載時間，增加了對所有HRN和HRTW表面洛氏硬度主試驗力F1加載時間“不超過4s”的規(guī)定。

（4）修改了主試驗力F1的保持時間，由“4±2s”修改為“s”，5s是理想的保持時間，可接受的保持時間范圍是2～6s。

（5）明確了卸除主試驗力F1，保持初試驗力F0至最終讀數時間為s。

3.4 修改了兩相鄰壓痕中心之間的距離

舊標準規(guī)定：兩相鄰壓痕中心之間的距離至少為壓痕直徑的4倍，并且不應小于2mm。新標準規(guī)定：兩相鄰壓痕中心之間的距離至少為壓痕直徑的3倍，任一壓痕中心距試樣邊緣的距離至少應為壓痕直徑的2.5倍。

新標準將兩相鄰壓痕中心之間的距離由原來的“4倍”修改為“3倍”，且刪除了兩相鄰壓痕中心之間的距離“不應小于2mm”的要求，增加了“任一壓痕中心距試樣邊緣的距離至少應為壓痕直徑的2.5倍”的規(guī)定。

3.5刪除了洛氏硬度值修約和試樣粗糙度的要求

（1）刪除了試驗結果中“洛氏硬度值應至少精確至0.5HR”的要求。

（2）刪除了“建議試樣表面粗糙度Ra不大于1.6μm”的要求。原則上試樣應具有足夠厚度，試驗面應平坦光滑且與底部平行即可。

3.6 附錄方面的修改

（1）附錄A方面。修改了薄產品HR30TSm和HR15TSm使用的壓頭。標尺中Sm表示在試驗中使用鋼球壓頭和金剛石試樣支座，試驗之前，需要在已知硬度值的薄樣品上進行硬度測試，以確保試樣支座表面不會影響測量結果。HR30TSm最高硬度值由“80HR30T”修改為“82HR30TSm”，HR15TSm最高硬度值由“90HR15T”修改為“93HR15TSm”。

（2）附錄C（舊標準的附錄E）由資料性附錄改為規(guī)范性附錄，同時修改了附錄C日常檢查程序的內容，增加了“偏差”和“重復性范圍”。

（3）附錄D（舊標準的附錄F）由資料性附錄改為規(guī)范性附錄。

（4）修改了附錄G硬度測量值的不確定度評定方法。

4 結束語

洛氏硬度的表示方法是以GB/T 230.1-2018《金屬材料 洛氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》為依據的，GB/T 230.1-2018是規(guī)定金屬材料硬度試驗非常重要的國家標準。為了更好地貫徹和執(zhí)行新標準，筆者將新版標準中變化較大的內容整理出來，并與舊標準進行分析比較，以便使用者對其不同之處有清晰的認識，從而更好地理解、宣傳和貫徹新標準。