新版金属材料常用硬度试验方法标准的解读

2019-07-22刘波戴月红

轴承 2019年12期

刘波，戴月红

(镇江高等专科学校，江苏镇江 212003)

硬度试验设备简单，操作迅速、简便，又可直接在零件或工具上进行试验而不破坏工件，且可根据测得的硬度值估计出材料的近似抗拉强度和耐磨性。此外，硬度与材料的冷成形性、可加工性、焊接性等工艺性能存在一定联系，可作为选择加工工艺时的参考。所以，硬度试验在生产中广泛应用，是产品质量检查和制定合理加工工艺最常用的方法。

常用的硬度试验方法有洛氏硬度和布氏硬度。这2种试验方法都有相应的国家标准，现行的国家标准均是2009年修订的，而其所采用的国际标准现行版本分别为2016版和2014版。因此，2018年由中国钢铁工业协会提出对洛氏硬度和布氏硬度试验方法标准进行修订。新修订的2个标准分别为GB/T 230.1—2018《金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法》和GB/T 231.1—2018《金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法》。针对这2项新版标准，对其变化较大的内容进行介绍，并与旧标准进行分析、比较和解读，供使用者贯彻新标准时参考。

1 GB/T 230.1—2018

GB/T 230于1983年首次发布，经历了1991年、2004年、2009年3次修订，2018年进行了第4次修订。GB/T 230.1—2018使用重新起草法修改，结构与国际标准ISO 6508-1：2016《Metallic materials-Rockwell hardness test-Part 1:Test method》基本一致。GB/T 230.1—2018于2018年5月14日发布，2018年12月1日正式实施。与旧标准GB/T 230.1—2009《金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)》相比，新标准的名称发生了变化，新标准将标准名称中所规定的洛氏硬度标尺移至“范围”一章，两者主要内容变化如下。

1.1 范围

新标准规定了标尺为A，B，C，D，E，F，G，H，K，15N，30N，45N，15T，30T和45T的金属材料洛氏硬度和表面洛氏硬度的试验方法。与旧标准相比主要以下几点变化：

1)明确了标准适用于固定式和便携式洛氏硬度计。

2)对特定的材料或产品，明确其适用标准为GB/T 3849.1《硬质合金洛氏硬度试验(A标尺)第1部分：试验方法》和GB/T 9097《烧结金属材料(不包括硬质合金) 表观硬度和显微硬度的测定》。凡不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本标准。

3)球形压头的材质由“硬质合金”修改为“碳化钨合金”。

4)缩小了钢球压头的使用范围，由“如果在产品标准或协议中有规定时，允许使用钢球压头”修改为“仅在满足附录A的情况下才可使用”，即钢球压头只在薄产品HR30TSm和HR15TSm试验时才能使用。

5)删除了“需要指出的是使用2种类型的球进行硬度测试会得出不同的结果”的注释。

6)将注释“对于某些材料，适用范围可能比所规定的要窄”移至4.1。

1.2 符号、缩写术语和名称

规定了新标准使用的符号、缩写术语、名称和洛氏硬度的表示方法，主要有下面几点修改：

1)将这一章的名称“符号及说明”修改为“符号、缩写术语和名称”。

2)修改了洛氏硬度HRA和HRB的适用范围。将“20～88 HRA，试验允许范围可延伸至94 HRA”修改为“20～95 HRA”；将“20～100 HRB，如果在产品标准或协议中有规定时，试验允许范围可延伸至10 HRBW”修改为“10～100 HRBW”。

3)修改了洛氏硬度HRC适用范围，延伸至10 HRC的规定。将“如果压痕具有合适的尺寸，试验允许范围可延伸至10 HRC”修改为“当金刚石表面和顶端球面是经过抛光的，且抛光至沿金刚石圆锥轴向距离尖端至少0.4 mm，试验适用范围可延伸至10 HRC”。

4)删除了洛氏硬度标尺表格中主试验力F1列，增加标尺常数S和全量程常数N的两列。总试验力=主试验力+初试验力，因初试验力和总试验力均已知，故主试验力没必要列出。

5)删除了使用硬质合金球压头的标尺，硬度符号后面加W。使用钢球压头的标尺，硬度符号后面加S的说明。但在洛氏硬度的表示方法中增加了注释。

①GB/T 230以前版本允许使用钢球压头，加后缀S表示。

②HR30TSm和HR15TSm在附录A进行了定义，使用S和m表明使用钢球压头和金刚石试样支承台。

③按新标准规定，标尺为A，C，D，N的洛氏硬度试验的压头均为金刚石圆锥，标尺后不须附加W符号。其余标尺除薄产品HR30TSm和HR15TSm(最大厚度为0.6 mm至产品标准所示最小厚度、最高硬度值为82 HR30TSm或93 HR15TSm的薄金属片)外，洛氏硬度试验均为碳化钨合金球压头，标尺后都必须附加W符号。

6)S的名称由“给定标尺的单位”修改为“给定标尺的标尺常数”；N的名称由“给定标尺的硬度数”修改为“给定标尺的全量程常数”。

1.3 试验设备

新标准对硬度计、压头做出了规定，并符合GB/T 230.2—2012《金属材料洛氏硬度试验：硬度计的检验与校准》或JJG 112—2013《金属洛氏硬度计(A,B，C，D，E，F，G，H，K，N，T标尺)》的要求。与旧标准相比，主要有4点不同:

1)增加了引用JJG 112—2013的标准。

2)删除了对测量系统的规定。

3)增加了金刚石圆锥体压头的使用范围说明，即“仅作为洛氏硬度标尺使用，仅作为表面洛氏硬度标尺使用，同时作为洛氏硬度标尺和表面洛氏硬度使用”。

4)增加了球形压头的2条注释。

①球形压头通常由1个压头球和压头体组成,如果接触试样的端部为球形的单体压头，则必须满足GB/T 230.2—2012中6.3.1尺寸、形状、抛光、硬度的要求以及GB/T 230.2—2012中6.3.2的性能要求，这种端部为球形的单体压头也可以使用。

②碳化钨合金球压头为标准型洛氏硬度压头，钢球压头仅在HR30TSm和HR15TSm时使用，见附录A。

1.4 试验程序

试验程序规定了试验温度、试样放置、试验力加载和保持时间、相邻压痕距离等要求。主要有以下几点变化:

1)增加了7.2条，要求“使用者应在当天使用硬度计前，对所用标尺根据附录C进行日常检查。金刚石压头应按附录D的要求进行检查”。

2)增加了7.4条，对压头提出了要求,压头应是上一次间接校准时使用的，若不是上一次间接校准时使用的，压头应按照附录C中对常用的硬度标尺至少使用2个标准硬度块进行核查(硬度块按照GB/T 230.2—2012表1中选取高值和低值各1个)。该条款不适用于只更换球的情况。

3)修改了试验力加载和保持时间。表1为新旧标准内容对比，主要有下面几点修改。

①删除了电子控制硬度计的初试验力施加总时间的要求，增加了初试验力F0加载时间“不超过2 s”的要求。

③删除了硬度约为60 HRC及78 HR30N两种试样的主试验力F1的加载时间，增加了对所有HRN和HRTW表面洛氏硬度主试验力F1加载时间“不超过4 s”的规定。

表1 试验力加载和保持时间新旧标准对比

4)修改了两相邻压痕中心之间的距离，由原来“压痕直径的4倍”修改为“压痕直径的3倍”，且删除了两相邻压痕中心之间的距离“不应小于2 mm”的要求，增加了“任一压痕中心距试样边缘的距离至少应为压痕直径的2.5倍”的规定。压痕之间与压痕中心距试样边缘应有一定距离，因测试部位及附近发生塑性变形，会产生加工硬化。一般情况下，压痕周围硬化区的宽度均不超过压痕直径的一半。新标准修改的原因是等效采用ISO 6508-1:2016，且试验结果表明，这些修改对试验结果均无影响。

1.5 附录

新标准给出了7个附录，前6个为规范性附录，最后1个为资料性附录。与旧标准相比，主要有以下几点变化:

1)附录A有3点不同。

①修改了HR30TSm和HR15TSm最高硬度值，由“80 HR30T”修改为“82 HR30TSm”，“90 HR15T”修改为“93 HR15TSm”。

②增加了2条注释。a)解释了标尺中Sm表示在试验中使用钢球压头和金刚石试样支座；b)要求在试验之前，需要在已知硬度值的薄样品上进行硬度测试，以确保试样支座表面不会影响测量结果。

③修改了薄产品HR30TSm和HR15TSm使用的压头，明确了试验使用的压头直径为1.587 5 mm的硬化钢球，且符合GB/T 230.2—2012的要求。

2)新标准的附录C与旧标准的附录E相对应，由资料性附录改为规范性附录，同时修改了附录C日常检查程序的内容，增加了“偏差”和“重复性范围”。使用者应在当天使用硬度计前，对需要使用的每个标尺进行检查，至少选取1块与被测试样硬度值接近的标准硬度块，至少测试2个点，计算其平均值与标准值之间的差值即为设备偏差b，2个测试值之间的差值即为设备重复性r。

3)新标准的附录D与旧标准的附录F相对应，由资料性附录改为规范性附录。

4)修改了附录G硬度测量值的不确定度评定方法。

1.6 其他

1)规范性引用文件增加了JJG 112—2013。

2)试样方面，删除了“建议试样表面粗糙度Ra值不大于1.6 μm”的要求。原则上试样应具有足够厚度，试验面应平坦光滑且与底部平行。

3)试验报告方面，在旧标准的基础上，增加了“试验日期”和“如果转换成其他硬度，转换的依据和方法应注明参见GB/T 33362—2016《金属材料硬度值的换算》”的2项内容；删除了试验结果中“洛氏硬度值应至少精确至0.5 HR”的要求，因洛氏硬度计的测量精度大多能精确到0.1 HR，旧标准这种规定没有必要，且现在的国际标准也无这种规定，所以，新标准将这一修约要求删除了，试验结果以实测值为准；与试样有关的详细资料内容中，增加了“包括试样表面的曲率”。

4)将原第9章中洛氏硬度值换算成其他硬度或抗拉强度值的有关内容，单列为第10章“换算成其他硬度或抗拉强度值”。具体内容为“尚无普通适用的方法将洛氏硬度值精确地换成其他硬度或抗拉强度，因此应避免这种换算，除非通过对比试验得到可比较的换算方法(参见GB/T 33362—2016)”。

我国最早出现硬度值的换算是GB/T 1172—1974《黑色金属硬度及强度换算值》，现行版本是GB/T 1172—1999，是以钢材的主要合金成分分类的，只列出了碳钢及部分合金钢共9个钢系的硬度与强度之间的换算值。在有色金属方面，现行的国家标准是GBN 166—1982《铝合金硬度与强度换算值》和GB/T 3771—1983《铜合金硬度与强度换算值》，也只有铝合金、铜合金的强度与硬度换算值，没有国外标准全面，无法与其建立联系。新制定的国家标准GB/T 33362—2016使用翻译法等同采用ISO 18265：2013《Metallic materials-Conversion of hardness values》,该标准是国际上各成员国之间经过多年共同试验得出的结果，具有权威性，GB/T 1172—1999仍是现行有效版本，其换算数据不够可靠，缺乏多国、多实验室的验证和国际互认，统一执行GB/T 33362—2016可增加数据的可靠性，减小偏差，避免产品验收时的纠纷。

5)新增了参考文献。新标准给出了11个参考文献。

2 GB/T 231.1—2018

GB/T 231于1962年首次发布，经历了1984年、2002年、2009年3次修订。2018年进行了第4次修订。GB/T 231.1—2018使用重新起草法修改采用国际标准ISO 6506-1：2014《Metallic materials-Brinell hardness test-Part1:Test method》，在结构上与ISO 6506-1：2014基本一致。GB/T 231.1—2018于2018年5月14日发布，2019年2月1日正式实施。新标准与旧标准GB/T 231.1—2009《金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法》相比，主要内容变化、分析和解读如下。

2.1 范围

新标准规定了金属材料布氏硬度试验的原理、符号及说明、试验设备、试样、试验程序、结果的不确定度和试验报告。删除了“本部分规定的布氏硬度试验范围上限为650 HBW”的规定,增加了“本部分适用于固定式布氏硬度计和便携式布氏硬度计”。对于特殊材料或产品的布氏硬度试验，明确了参考标准为“GB/T 9097和本部分”。

2.2 规范性引用文件

新标准中列出了5个规范性引用文件的编号和名称。相比旧标准，新标准对原4个文件引用保留了3个，删除了JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》，但是将JJF 1059.1—2012作为参考文献。增加了2个引用文件，即GB/T 9097和JJG 150《金属布氏硬度计》。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本标准。使用者可根据这些规范性引用文件查阅原文以加深对新标准的了解。

2.3 试验程序

本次修订，对试验程序方面的规定主要有以下几点变化：

1)增加了“试验前应按照附录B核查硬度计的状态”的要求，同时将原“资料性附录”修改为“规范性附录”。实验室可按如下方案参考实施,使用者应在当天使用硬度计前，对所使用的硬度标尺和范围进行日常检查，选用按照GB/T 231.3—2012《金属材料布氏硬度试验第3部分：标准硬度块的标定》标定的标准硬度块至少打一个压痕，如果示值误差在GB/T 231.2—2012《金属材料布氏硬度试验第2部分：硬度计的检验与标准》规定的范围内，则硬度计为满意，同时将标准硬度块检查的信息反映在原始记录中。

2)试验力的选择应保证压痕直径在(0.24～0.6)D之间，如果压痕直径超出了这个区间，旧标准没作要求，新标准规定“应在试验报告中注明压痕直径与压头直径的比值d/D”。