淺析 2018 版金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)方法

范語萱

（航空工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，陜西 西安 710089）

1 金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的范圍界定

2018版金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)方法在內(nèi)容方面，增設(shè)了固定式與便捷式洛氏硬度計(jì)。而在2009版的標(biāo)準(zhǔn)中并沒有規(guī)定該項(xiàng)內(nèi)容，但是隨著便攜式洛氏硬度計(jì)制造技術(shù)與應(yīng)用范圍的不斷拓展，促使便攜式洛氏硬度計(jì)無論是在使用范圍，還是應(yīng)用性能方面，得到了廣泛關(guān)注，在新標(biāo)準(zhǔn)中將標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍擴(kuò)展到便攜式洛氏硬度計(jì)。在洛氏硬度的美國標(biāo)準(zhǔn)ASTME18《STANDARD TEST METHODS FOR ROCKWELL HARDNESS OF METALLIC MATERIALS》的18a版中也首次提到了本標(biāo)準(zhǔn)適用于直接校驗(yàn)和間接校驗(yàn)的便攜式洛氏硬度計(jì)的使用要求[1]。

2018版金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)方法針對壓頭要求進(jìn)行了充分注明，多以備注形式進(jìn)行注明。即碳化鎢合金球性壓頭需要以標(biāo)準(zhǔn)型洛氏硬度試驗(yàn)為壓頭標(biāo)準(zhǔn)，并且鋼球壓頭唯有在滿足一定標(biāo)準(zhǔn)的條件下才可以進(jìn)行正式應(yīng)用，否則容易出現(xiàn)隱患問題。根據(jù)實(shí)際情況來看，滿足0.60㎜厚度標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才可以進(jìn)行正式應(yīng)用，且在硬度值方面應(yīng)該以82HR30TSm或93HR15TSm的薄金屬片為標(biāo)準(zhǔn)。需要注意的是，碳化鎢合金球壓頭與鋼球壓頭相較而言，在一定程度上具備良好的強(qiáng)度與硬度標(biāo)準(zhǔn)，一般不會出現(xiàn)變形等問題。而鋼球壓頭無論是在強(qiáng)度與硬度方面，都無法達(dá)到計(jì)量檢定標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，因此在正式使用過程中極易發(fā)生變形現(xiàn)象，造成試驗(yàn)結(jié)果誤差情況[2]。

2 規(guī)范性引用文件

新標(biāo)準(zhǔn)中還增加了引用標(biāo)準(zhǔn)：“JJG112金屬洛氏硬度計(jì)（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標(biāo)尺）”，這一標(biāo)準(zhǔn)的引用，造成了第5章節(jié)試驗(yàn)設(shè)備的相關(guān)規(guī)定發(fā)生變化。2009版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：硬度計(jì)和壓頭應(yīng)滿足GB/T230.2的規(guī)定。2018版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：硬度計(jì)和壓頭應(yīng)滿足GB/T230.2或JJG112的規(guī)定。這一修改對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行具有重要意義，使得硬度試驗(yàn)系列國家標(biāo)準(zhǔn)與國家計(jì)量檢定規(guī)程建立了聯(lián)系，初步解決了標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行困難等方面的問題[3]。

3 金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的原理內(nèi)容分析

關(guān)于金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，研究人員在特定尺寸、形狀以及材料標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)行了重點(diǎn)研究與分析，并且在標(biāo)準(zhǔn)第7章中嚴(yán)格規(guī)定，重點(diǎn)說明了如何將兩級試驗(yàn)力壓入到試樣表面的方法內(nèi)容。待完成試驗(yàn)力加載工作之后，應(yīng)該按照既定標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格測量初始時(shí)期的壓痕深度，并且不斷施加主試驗(yàn)力，目的在于確保初始試驗(yàn)過程的壓痕深度不受影響。根據(jù)當(dāng)前計(jì)算公式可知，關(guān)于洛氏硬度的最終壓痕深度與初始壓痕深度的計(jì)算問題，可以用以下公式獲得：

洛氏硬度=N-h/S

相較2009版標(biāo)準(zhǔn)，2018版標(biāo)準(zhǔn)針對洛氏硬度試驗(yàn)原理內(nèi)容進(jìn)行了初始壓痕深度與最終壓痕深度的相關(guān)研究。較之以往相比，2018版標(biāo)準(zhǔn)中的洛氏硬度試驗(yàn)原理內(nèi)容增加了時(shí)間-壓頭位置的曲線變化，并且針對曲線變化過程實(shí)現(xiàn)對壓頭位置的變化探測要求。

圖1 洛氏硬度試驗(yàn)原理圖

4 各標(biāo)尺適用范圍

通過兩個(gè)版本的表1《洛氏硬度標(biāo)尺》可見：2018版標(biāo)準(zhǔn)針對洛氏硬度HRA標(biāo)尺問題進(jìn)行了重點(diǎn)研究，尤其重點(diǎn)針對其適用范圍進(jìn)行上限調(diào)整以及下限調(diào)整。其中，上限調(diào)整至95HRA、下限調(diào)整至10HRBW。與此同時(shí)，2018版標(biāo)準(zhǔn)針對洛氏硬度HRC的適用范圍進(jìn)行了明確規(guī)定，目的在于解決以往存在的不足問題，防止后續(xù)研究過程出現(xiàn)相應(yīng)失誤。

5 試樣的要求

2018版標(biāo)準(zhǔn)中針對試樣表面粗糙度問題進(jìn)行了明確研究，在遵循原則要求的前提下，確保試樣表面的平滑性。與以往標(biāo)準(zhǔn)明顯不同，2018版標(biāo)準(zhǔn)無論是在試樣表面粗糙程度的規(guī)定上，還是在試驗(yàn)力作用下，均得到顯著改善。因此在洛氏硬度值的測量方面，要明顯比以往的數(shù)值偏低。且隨著試樣表面粗糙程度的不斷增加，不同硬度范圍試樣中的洛氏硬度在測試誤差方面會有所不同。但是這樣一來，低硬度試樣逐漸呈現(xiàn)出增大趨勢，且表現(xiàn)較為明顯。另外，在誤差絕對值的確定方面，表面粗糙度、低硬度試樣問題往往也會對洛氏硬度測試結(jié)果產(chǎn)生一定影響，關(guān)于這一點(diǎn)必須加以嚴(yán)格注意[2]。

6 試驗(yàn)程序的變化

（1）增加了初試驗(yàn)力 F0 的加載時(shí)間，要求不超過 2s ；修改了主試驗(yàn)力 F1 的保持時(shí)間，保持時(shí)間應(yīng)為 3±12，即 3s 是理想的保持時(shí)間，可接受的保持時(shí)間范圍為 1s ～ 4s ；修改了 F1 保持時(shí)間的表述為 5±13，即 5s 是理想的保持時(shí)間，可接受的保持時(shí)間范圍為 2s ～ 6s ；增加了“卸除主試驗(yàn)力 F1，初試驗(yàn)力F0 保持4±13s 后進(jìn)行最終讀數(shù)”，這一要求這與 2009 版標(biāo)準(zhǔn)的“經(jīng)短時(shí)間穩(wěn)定后”相比可操作性更強(qiáng)。

（2）改善兩相鄰壓痕中心間的距離問題。2018版金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)方法明確規(guī)定，關(guān)于兩相鄰壓痕中心的距離必須設(shè)置為壓痕直徑的 3倍左右。其中，任一壓痕中心距離試樣邊緣必須滿足一定規(guī)則要求，如至少為壓痕直徑的 2.5倍左右，且在直徑數(shù)值的設(shè)置方面應(yīng)不小于 2㎜。光從這一點(diǎn)上來看，就不難發(fā)現(xiàn)，2018版金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)方法在試樣尺寸要求方面，明顯放寬。另外，在試樣面尺寸較小的試樣方面，更加符合 2018版要求。

（3）刪除了洛氏硬度值修約要求。但是并未給出明確的界限，因此在試驗(yàn)過程中應(yīng)該參考相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)備數(shù)值情況進(jìn)行合理更改，防止對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成不良影響。

7 方法附錄要求變化

（1）附錄 A，限制了鋼球壓頭使用的情況 ；增加了注 1“Sm”的含義解釋 ；增加了注 2 的試驗(yàn)要求“試驗(yàn)之前，需要在已知硬度值的薄樣品上進(jìn)行硬度測試，以確保試樣支座表面不會影響測量結(jié)果?！?/p>

（2）附錄 B洛氏硬度與試樣最小厚度關(guān)系，由于標(biāo)尺使用范圍的變化，圖B1和圖B2，增加了不同標(biāo)尺對應(yīng)試樣的最小厚度要求。

（3）將 2009版標(biāo)準(zhǔn)附錄 E-操作者對硬度計(jì)期間檢查的方法，修改成為 2018 版規(guī)范性附錄 C- 日常檢查程序。與此同時(shí)，針對日常檢查程序內(nèi)容進(jìn)行合理更改。其中，使用者在使用完硬度計(jì)之后，應(yīng)該重點(diǎn)針對標(biāo)尺問題進(jìn)行合理檢查，確保試樣硬度情況與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值基本接近。應(yīng)用過程中，應(yīng)該嚴(yán)格檢查各個(gè)標(biāo)尺的使用情況，避免出現(xiàn)誤差問題。必要時(shí)，需要反復(fù)計(jì)算其偏差b 以及重復(fù)性 r。相比 2009 版標(biāo)準(zhǔn)，2018 版標(biāo)準(zhǔn)增加了重復(fù)性要求，這就對試驗(yàn)過程提出了更高的要求。

8 結(jié)束語

洛氏硬度試驗(yàn)新標(biāo)準(zhǔn) GB/T230.1 － 2018較 2009版本有了較大變化，試驗(yàn)過程的具體要求更加明確，尤其是對于硬度計(jì)日常檢查程序進(jìn)行了詳細(xì)描述，要求也更高，更能確保硬度計(jì)的穩(wěn)定性，并重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了對測量結(jié)果有效性與溯源性的技術(shù)要求。實(shí)驗(yàn)室在試驗(yàn)過程中要注意滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求，尤其是在日常檢查時(shí)，要做好記錄。由于硬度標(biāo)尺的使用范圍的變化，也對硬度計(jì)提出新的要求，部分表盤式硬度計(jì)已不滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求，且標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的需求也會擴(kuò)大。