浅析 2018 版金属材料洛氏硬度试验方法

范语萱

（航空工业西安飞机工业（集团）有限责任公司，陕西 西安 710089）

1 金属材料洛氏硬度试验方法标准的范围界定

2018版金属材料洛氏硬度试验方法在内容方面，增设了固定式与便捷式洛氏硬度计。而在2009版的标准中并没有规定该项内容，但是随着便携式洛氏硬度计制造技术与应用范围的不断拓展，促使便携式洛氏硬度计无论是在使用范围，还是应用性能方面，得到了广泛关注，在新标准中将标准的适用范围扩展到便携式洛氏硬度计。在洛氏硬度的美国标准ASTME18《STANDARD TEST METHODS FOR ROCKWELL HARDNESS OF METALLIC MATERIALS》的18a版中也首次提到了本标准适用于直接校验和间接校验的便携式洛氏硬度计的使用要求[1]。

2018版金属材料洛氏硬度试验方法针对压头要求进行了充分注明，多以备注形式进行注明。即碳化钨合金球性压头需要以标准型洛氏硬度试验为压头标准，并且钢球压头唯有在满足一定标准的条件下才可以进行正式应用，否则容易出现隐患问题。根据实际情况来看，满足0.60㎜厚度标准的产品才可以进行正式应用，且在硬度值方面应该以82HR30TSm或93HR15TSm的薄金属片为标准。需要注意的是，碳化钨合金球压头与钢球压头相较而言，在一定程度上具备良好的强度与硬度标准，一般不会出现变形等问题。而钢球压头无论是在强度与硬度方面，都无法达到计量检定标准的相关要求，因此在正式使用过程中极易发生变形现象，造成试验结果误差情况[2]。

2 规范性引用文件

新标准中还增加了引用标准：“JJG112金属洛氏硬度计（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺）”，这一标准的引用，造成了第5章节试验设备的相关规定发生变化。2009版标准规定：硬度计和压头应满足GB/T230.2的规定。2018版标准规定：硬度计和压头应满足GB/T230.2或JJG112的规定。这一修改对相关标准的执行具有重要意义，使得硬度试验系列国家标准与国家计量检定规程建立了联系，初步解决了标准执行困难等方面的问题[3]。

3 金属材料洛氏硬度试验方法标准试验的原理内容分析

关于金属材料洛氏硬度试验方法标准内容，研究人员在特定尺寸、形状以及材料标准等方面进行了重点研究与分析，并且在标准第7章中严格规定，重点说明了如何将两级试验力压入到试样表面的方法内容。待完成试验力加载工作之后，应该按照既定标准严格测量初始时期的压痕深度，并且不断施加主试验力，目的在于确保初始试验过程的压痕深度不受影响。根据当前计算公式可知，关于洛氏硬度的最终压痕深度与初始压痕深度的计算问题，可以用以下公式获得：

洛氏硬度=N-h/S

相较2009版标准，2018版标准针对洛氏硬度试验原理内容进行了初始压痕深度与最终压痕深度的相关研究。较之以往相比，2018版标准中的洛氏硬度试验原理内容增加了时间-压头位置的曲线变化，并且针对曲线变化过程实现对压头位置的变化探测要求。

图1 洛氏硬度试验原理图

4 各标尺适用范围

通过两个版本的表1《洛氏硬度标尺》可见：2018版标准针对洛氏硬度HRA标尺问题进行了重点研究，尤其重点针对其适用范围进行上限调整以及下限调整。其中，上限调整至95HRA、下限调整至10HRBW。与此同时，2018版标准针对洛氏硬度HRC的适用范围进行了明确规定，目的在于解决以往存在的不足问题，防止后续研究过程出现相应失误。

5 试样的要求

2018版标准中针对试样表面粗糙度问题进行了明确研究，在遵循原则要求的前提下，确保试样表面的平滑性。与以往标准明显不同，2018版标准无论是在试样表面粗糙程度的规定上，还是在试验力作用下，均得到显著改善。因此在洛氏硬度值的测量方面，要明显比以往的数值偏低。且随着试样表面粗糙程度的不断增加，不同硬度范围试样中的洛氏硬度在测试误差方面会有所不同。但是这样一来，低硬度试样逐渐呈现出增大趋势，且表现较为明显。另外，在误差绝对值的确定方面，表面粗糙度、低硬度试样问题往往也会对洛氏硬度测试结果产生一定影响，关于这一点必须加以严格注意[2]。

6 试验程序的变化

（1）增加了初试验力 F0 的加载时间，要求不超过 2s ；修改了主试验力 F1 的保持时间，保持时间应为 3±12，即 3s 是理想的保持时间，可接受的保持时间范围为 1s ～ 4s ；修改了 F1 保持时间的表述为 5±13，即 5s 是理想的保持时间，可接受的保持时间范围为 2s ～ 6s ；增加了“卸除主试验力 F1，初试验力F0 保持4±13s 后进行最终读数”，这一要求这与 2009 版标准的“经短时间稳定后”相比可操作性更强。

（2）改善两相邻压痕中心间的距离问题。2018版金属材料洛氏硬度试验方法明确规定，关于两相邻压痕中心的距离必须设置为压痕直径的 3倍左右。其中，任一压痕中心距离试样边缘必须满足一定规则要求，如至少为压痕直径的 2.5倍左右，且在直径数值的设置方面应不小于 2㎜。光从这一点上来看，就不难发现，2018版金属材料洛氏硬度试验方法在试样尺寸要求方面，明显放宽。另外，在试样面尺寸较小的试样方面，更加符合 2018版要求。

（3）删除了洛氏硬度值修约要求。但是并未给出明确的界限，因此在试验过程中应该参考相关产品标准以及设备数值情况进行合理更改，防止对实验结果造成不良影响。

7 方法附录要求变化

（1）附录 A，限制了钢球压头使用的情况 ；增加了注 1“Sm”的含义解释 ；增加了注 2 的试验要求“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。”

（2）附录 B洛氏硬度与试样最小厚度关系，由于标尺使用范围的变化，图B1和图B2，增加了不同标尺对应试样的最小厚度要求。

（3）将 2009版标准附录 E-操作者对硬度计期间检查的方法，修改成为 2018 版规范性附录 C- 日常检查程序。与此同时，针对日常检查程序内容进行合理更改。其中，使用者在使用完硬度计之后，应该重点针对标尺问题进行合理检查，确保试样硬度情况与标准数值基本接近。应用过程中，应该严格检查各个标尺的使用情况，避免出现误差问题。必要时，需要反复计算其偏差b 以及重复性 r。相比 2009 版标准，2018 版标准增加了重复性要求，这就对试验过程提出了更高的要求。

8 结束语

洛氏硬度试验新标准 GB/T230.1 － 2018较 2009版本有了较大变化，试验过程的具体要求更加明确，尤其是对于硬度计日常检查程序进行了详细描述，要求也更高，更能确保硬度计的稳定性，并重点强调了对测量结果有效性与溯源性的技术要求。实验室在试验过程中要注意满足新标准的要求，尤其是在日常检查时，要做好记录。由于硬度标尺的使用范围的变化，也对硬度计提出新的要求，部分表盘式硬度计已不满足新标准的要求，且标准硬度块的需求也会扩大。