旧标准在5.3款中以注的形式引出了附录A：“附录A给出了使用者对硬度计进行日常检查的方法。”附录A为资料性附录。新标准在7.2款中引出了附录B(相当于旧标准的附录A)：“试验前应按照附录B核查硬度计的状态。”附录B改为规范性附录。这是本次标准修订中的一项重要修改。按照旧标准，对硬度计进行日常检查不是强制性要求，硬度计可以开机之后立刻使用。新标准则要求硬度计在试验前应使用标准硬度块检查仪器是否处于良好状态，然后才能决定是否可以使用。这样就可避免因硬度计不在良好状态而得到错误的测试结果。这项规定，可保证硬度计处于良好状态，从而得到可靠的测试结果。

新标准将旧标准中的如下内容由“注”提升到标准正文中：“如果有特殊协议，也可采用其他试验力和力与球直径平方的比率。” 

按照这一规定，在有特殊协议的条件下，试验力F和力与球直径平方的比率0.102F/D2(其中D为球直径)都可以超出新标准中表2规定的范围。例如：试验力可以是29420N(3000kgf)，也可以是19610N(2000kgf)，力与球直径平方的比率0.102F/D2可以是30 N· mm－2，也可以是20N·mm－2。这一规定突破了一直以来对布氏硬度试验条件的认知。事实上这种情况并不多见，使用普通硬度计不会遇到这种情况，因为在普通硬度计上试验条件是预先设计好并固化在仪器中的，试验力F和力与球直径平方的比率0.102F/D2都会在新标准表2规定的范围内。但是，有些非普通硬度计就可能会遇到这种情况。例如，目前已被广泛使用的、用于代替锤击式硬度计的剪销式布氏硬度计，其试验力是15490N(1580kgf)，球直径是7.26mm，力与球直径平方的比率0.102F/D2是30N·mm－2，这种硬度计试验力和球直径都不在表2规定的范围内，力与球直径平方的比率在表2规定的范围内。使用这种硬度计时，试验力、球直径及力与球直径平方的比率，应在试验报告中注明。新标准将这一条列入标准正文中，也是强调对这种情况的认可。

旧标准规定：“试验力的选择应保证压痕直径在0.24D~0.6D之间。”新标准增加了如下内容：“如果压痕直径超出上述区间，应在试验报告中注明压痕直径与压头直径的比值d/D。” 

新标准的这一规定，再次突破了人们一直以来对布氏硬度试验规则的认知。按照旧标准的规定，压痕直径必须在0.24D~0.6D，否则就应改变试验力，这一点也是当球直径确定之后选择试验力的原则。为什么压痕直径d要求在0.24D~0.6D呢，美国标准ASTM E10回答了这个问题。ASTM E10指出：当d＜0.24D时，容易损坏压头，并且压痕的精确测量会存在困难;当d＞0.6D时，硬度测试的灵敏度会降低。但是按照新标准，允许压痕直径超出0.24D ~0.6D这一范围。这一规定增加了布氏硬度试验的灵活性，也可适应特殊情况下的特殊需求。按照上述规定，布氏硬度试验的上限值可能会突破旧标准规定的650HBW。因此，在新标准的“范围”部分删除了关于“布氏硬度试验范围的上限为650HBW”的规定。

与旧标准相比，新标准规定的试验循环时间范围没有变化，只是表达形式不同。新规定采用了一种非对称的表达形式，在原有规定范围内，推荐采用较长的时间。推荐采用较长的试验循环时间可能基于如下考虑：由于材料研究领域的快速发展，出现了很多具有特殊性能的金属材料。在某些材料上，产生一个具有稳定尺寸的压痕可能需要更长的时间。为了在各种不同材料上都能得到一个稳定的试验结果，故新标准作出了上述修改。

(1)压痕测量装置

旧标准在标准正文中只规定了手动测量压痕的方法，对于自动测量压痕的装置，只是以小注的方式简单提及。新标准在正文中规定：“压痕直径的光学测量既可采用手动也可采用自动测量系统。”

新标准的这一修改，顺应了在硬度计制造领域压痕自动测量技术的快速发展。近几年来，国内压痕自动测量技术得到了快速发展，相应的图像处理技术日臻成熟。几年前的压痕自动测量系统还不是完全自动化的，还需要人工辅助，在电脑显示屏上仔细移动两条测量线，使其与压痕圆相切，之后才能得到压痕直径和布氏硬度值。目前的新技术，可以实现完全的压痕自动识别以及自动测量。只要将测量头放到试样上，按一个键，就能立刻在显示屏上得到压痕的图像、压痕直径和布氏硬度值。这种新技术对压痕的识别能力也非常强，无论是抛光、磨床加工、车床加工、铣床加工、手工角磨机打磨，还是砂轮打磨的试样，即使是较粗糙的表面，只要是人眼能识别的压痕，包括不完整的压痕，设备都可以实现自动识别。最近几年，压痕自动测量系统在国内的使用量每年都以翻倍的速度在增长。 

压痕自动测量系统相比手动测量装置，可以给使用者带来许多明显的益处。首先，效率大大提高，几秒钟即可完成压痕测量，无需像手动测量那样进行诸如对准零线、仔细观察、移动并对准测量线、记录测量值、查表等复杂操作。其次，这种自动测量技术可以得到完全客观的测量结果。对于同一压痕，无论由谁、在什么时间测量，都会得到相同的测量结果。再次，压痕自动测量系统可以避免在大批量检测时，因人眼疲劳造成的视力损害和错检漏检。这种自动测量系统的缺点是目前价格较高。目前国内外都存在一个趋势，压痕自动测量系统在一定程度上正在逐渐取代手动的读数显微镜。随着电子技术及图像处理技术的快速进步，压痕自动测量系统会向小型化、无线化、一体化和不再依赖计算机的方向发展，其制造成本和价格将大幅度下降，这将会更有利于这种技术的进一步普及。

(2)视场照明

新标准增加了如下关于视场照明的规定：“光学测量装置的视场应均匀照明，照明条件应与硬度计直接校准、间接校准和日常检查一致。”在旧标准中没有关于视场照明的规定。因此，以前除了少数有条件的实验室可以使用有视场照明的工具显微镜之外，大多数场合都在使用硬度计随机配备的无照明的读数显微镜。在这种情况下，视场照明主要依靠自然光，而自然光存在光照不足、光照条件不稳定及读数困难等问题。因此，在不同的场合及不同的光照条件下，压痕的测量结果会有所不同。在新标准执行之后，这种无视场照明的读数显微镜就不符合标准要求了。

近年来国内开始出现有均匀视场照明的读数显微镜，这在相应的专利里也可以看到。在新标准执行之后，会有许多无视场照明的读数显微镜需要更换，而所有的压痕自动测量系统都有良好的视场照明。

对于有视场照明的光学测量装置，使用者应经常检查其照明条件是否发生变化。目前大多数光学测量装置的发光元件都是采用一定数量的LED 发光管，当一个LED管发生损坏时，照明条件可能没有明显变化，但当多个LED管发生损坏时，照明条件就有可能发生变化，可能会影响测量精度。因此应注意检查发光元件是否发生损坏，如有损坏应及时联系生产厂家维修。当然，设计良好的测量装置的发光元件并不容易损坏。

(3)压痕平均直径的计算

对于手动光学测量装置，新、旧标准都规定，要“测量每个压痕相互垂直方向的两个直径，用两个直径的平均值计算布氏硬度。”新标准还规定，“对于自动测量系统，允许按照其他经过验证的算法计算平均直径。这些算法包括：多次测量的平均值;测量压痕投影面积。”

手动光学测量装置一次测量只能测出一个压痕直径，对于不够圆的压痕，只测量一个直径会带来较大误差。如果测量两个相互垂直的直径，取其平均值，就可以大大减小这种误差，从而保证硬度测试的       精度。所以标准要作出上述规定。

对于自动光学测量装置，可以不必通过测量两个相互垂直的压痕直径来获得平均压痕直径。新标准允许自动光学测量装置采用其他方法获得平均压痕直径。目前的压痕自动测量装置，都采用了图像处理技术，但是获得压痕平均直径的方法各不相同：有的是先测出无数个压痕直径，再算出其平均值;更多的是通过找出压痕图片上黑区(压痕部分)与白区(试样表面)的界线获得一个压痕的平均圆，通过计算平均圆的面积得到布氏硬度值，并算出压痕的平均直径;还有采用其他方法的。正如新标准规定的，具体采用什么计算方法不限，只要可以通过验证被证明其测量结果是准确的即可。

旧标准中没有规定硬度值的有效数字。新标准规定，由公式计算得到的布氏硬度值应将计算结果修约到3位有效数字。众所周知，由“GB/T 231.4硬度值表”查到的硬度值都是3位数字。新标准进一步明确，以后无论是计算还是查表得到的布氏硬度值，统一用3位有效数字表示。

1、试验报告

(1)新标准增加了应注明“试验日期”的规定。

(2)新标准增加了“如果压痕直径与压头直径的比率不在0.24~0.6之间”应注明的规定。这条规定与标准中第7.4款的内容相对应。

(3)新标准增加了如下规定：“当转换成另一硬度标尺的硬度值时，转换标准应注明”。这条规定的内容与ISO 6506-1：2014的英文版相比出现了翻译上的错误，按照原文，应译为“当转换成其他硬度标尺时，应注明转换的依据和方法”。

这一修改非常重要，在一定程度上解决了目前国内普遍存在的硬度换算后直接使用换算值，不说明来源的问题。

尽管关于硬度换算的国际标准ISO 18265和美国标准ASTM E140已经发布了几十年，但是被引入中国，转化为中国标准却是最近两年的事情。由于标准化工作的滞后，在硬度换算原则、换算得到的硬度值如何使用、硬度换算值如何标记等方面都没有统一的规定，试验人员在进行硬度换算、使用硬度换算值和标记硬度换算值方面都比较随意。常常不区分直接测量值和换算值，不交待这一硬度换算值是用什么硬度计测试的，根据什么标准换算得到的。其实，采用不同的其他硬度计，采用本应废止的、陈旧的换算标准和采用由国际标准转化来的新的、缺乏国际互认的换算标准，换算结果之间所包含的误差和可置信程度会有很大差别，硬度换算值与由布氏硬度计直接测试得到的布氏硬度值相比，会有较大的偏差。

如果不注明硬度值的来源，不区分直接测量值和硬度换算值，不区分用什么方法得到的初始硬度值，不区分用什么换算标准得到的换算关系，就会使数据使用者产生误判，或造成质量纠纷。目前，在公开媒体上几乎看不到完全正确的对硬度换算值的标记。究竟如何标记硬度换算结果呢，GB/T 33362-2016«金属材料硬度值的换算»给出了标准答案。 GB/T 33362-2016规定：“应以清楚的方式报告换算结果，说明测量初始硬度值的方法，此外还应指明使用的本标准的相关附录或表。”举例说明如下：使用布氏硬度计测试调质钢的硬度，测试结果是395HBW，根据GB/T 33362-2016中的表B2，换算成维氏硬度值为400HV，则换算结果应标记为“GB/T 33362-400HV-B2-HBW”。其中，第1项表示采用的换算标准，第2项表示硬度换算值，第3项表示所使用的换算表，最后一项表示测试初始硬度值所使用的硬度试验方法。这样的表达方式才是规范的。

2、附录B

新标准对“附录B(规范性附录)使用者对硬度计的日常检查”作了如下修改。

关于“规范性附录”

在旧标准中，关于“日常检查”的附录，是资料性附录。在新标准中，将关于“日常检查”的附录改为规范性附录。

所谓资料性附录只是用于参考，可以不执行，所以在标准正文中没有被引用。所谓规范性附录是必须执行的，通常在标准正文中被引用。新标准的第7.2款规定：“试验前应按照附录B核查硬度计的状态。”

关于附录顺序

在旧标准中，关于“日常检查”的附录是“附录A”。在新标准中，关于“日常检查”的附录改为“附录B”。

在新标准中，安排附录先后顺序的依据是其在标准正文中出现的顺序。“试样最小厚度与压痕平均直径的关系”出现在标准正文的第6.3款，“使用者对硬度计的日常检查”出现在标准正文的第7.2款，所以前者为附录A，后者为附录B。

关于合格判定

旧标准中硬度计日常检查的合格标准为：“测量的硬度(平均)值与标准硬度块标准值的差值在GB/T 231.2中给出的允许误差之内。”新标准中硬度计日常检查的合格标准为：“测量的硬度(平均)值与标准硬度块标准值的差值在GB/T 231.2-2012中表2和表3给出的允许误差之内。”

新、旧标准的不同之处在于旧标准没有指出应符合标准的具体条文，新标准则指出了应符合标准的具体条文。

关于“表3”

这是一个疏忽。新标准规定的硬度计日常检查的合格标准为：“测量的硬度(平均)值与标准硬度块标准值的差值在GB/T 231.2-2012中表2和表3给出的允许误差之内。”经查找，GB/T 231.2-2012中的表2给出了允许误差范围，而表3是关于“硬度计直接检验周期”的，与“允许误差”无关，显然这里出了差错。

出现差错的根本原因还是如前文所述，即由于中国的特殊国情，同一个系列的标准由多个不同的部门管理，不同部门之间缺乏相互配合。

GB/T 231是一项标准，这项标准分成4个部分。在国际标准化组织和其他多数国家中，这4部分标准是由同一个部门(或单位)负责管理的。如果要修订，通常会同时修订；而在我国，这4部分标准归两个部门的两个不同的标委会管理，这两个标委会之间缺乏协调，各自的立项审批程序和所需时间又大不相同，导致4项子标准并不能同步修订。由于4部分关联标准不能同时修订，所以导致了该差错。

实际情况是，GB/T 231.1-2018是根据ISO 6506-1：2014修订的，两者的结构和技术内容基本一致。其中，GB/T 231.1-2018和ISO 6506-1：2014关于“日常检查”的附录中有关于“表2和表3”的规定，亦基本相同，只是ISO 6506-1：2014规定要符合“ISO 6506-2：2014的表2和表3”，而GB/T 231.1-2018规定要符合“GB/T 231.2-2012的表2和表3”。

问题在于，GB/T 231.2-2012是根据ISO 6506-2：2005修订的，在ISO 6506-2：2005中不存在这个规定了允许误差的“表3”。ISO 6506-2：2014中才有了这个“表3”，将来修订后的新版GB/T 231.2中也一定会有这个“表3”，只是两项标准的修订不同步，新版的GB/T 231.2还未修订，所以目前还没有这个“表3”。 这样，新标准的执行就出了问题。

所谓“疏忽”在于，GB/T 231.2-2012中并不存在这个“表3”，新标准中不应该引用GB/T 231.2-2012，显然这是一个差错。但是，这又是一个很尴尬的问题，即使没有差错，在这里究竟应该引用GB/T 231.2的哪一个版本，也不好确定。

关于“超差”的处理

旧标准规定：“如果超出，应立即进行间接检验。”新标准规定：“如果超出，应检查压头、试台和硬度计的状态是否良好后再重复试验。如果硬度计仍旧超差，应按照GB/T 231.2进行校准(即按GB/T 231.2进行间接检验)。”

执行间接检验(应该叫作间接校准)并不容易。严格地讲，按照GB/T 231.2-2012的规定，“应针对每一试验力和所使用的每种规格的球对硬度计进行检验”。“对每一试验力”，应从高、中、低3个硬度范围中“至少选取2块标准块”，“应在每一标准块上均匀分布地压出5个压痕，并对其进行测量”，然后算出5个压痕的平均直径，再算出示值重复性r、示值相对重复性rrel、示值误差E、示值相对误差Erel，最后再将rrel和Erel与GB/T 231.2表2中的允许误差相比较，确定是否超差。这种间接检验的操作很复杂。正因为如此，间接检验不经常执行，一般只用于对硬度计的周期检验，检验周期通常为12个月。只有当对硬度计的日常检查不通过时才可执行附加的间接检验。显然，更好的方法是：当日常检查超差后，首先应查找超差的原因(包括但不限于用错了压头，压头损坏，压头松动；用错了标尺，硬度块与所用标尺不符；测量台有异物；硬度计状态不对等)，查找原因后再重复试验，在排除了其他原因并且重复试验之后仍然存在超差时，再启动对硬度计的间接检验，这样的规定才更妥当。新标准正是这样规定的，从这也可以看到新标准的进步之处。

关于对压痕测量装置的间接检验

旧标准规定：“日常检查之前，(对于每个范围/标尺和硬度水平)应使用依照GB/T 231.3标定过的标准硬度块上的标准压痕进行压痕测量装置的间接检验。压痕测量值应与标准硬度块证书上的标准值相差在0.5％以内。如果测量装置不能满足上述要求，应采取相应措施。”新标准删除了上述内容。

删除的原因是：旧标准的这项规定不妥当，难以执行，特别是不适合作为规范性要求。按照GB/T 231.2-2012的规定，间接检验是一种定期检验，只有到了检验周期(通常是12个月)，或者硬度计日常检查超差才可启动间接检验，硬度计如此，压痕测量装置也应如此。如果按照旧标准的规定，在每天日常检查之前，要针对硬度计每个标尺、在每个硬度范围内的硬度块上进行压痕测量装置的间接检验，就会耗费较多的时间。另外，众所周知，在一台硬度计的所有标尺中，多数标尺是不常用的，甚至一些标尺可能是永远不会使用的，要求操作者每天检验这些标尺有悖于日常检查的简单、省时、易于操作的特点，也有悖于间接检验属于定期检验的原则。因此，这样的规定作为规范性要求是不妥当的，也是难以执行的。

结束语

新标准GB/T 231.1-2018是在旧版标准GB/T 231.1-2009的基础上修订的，新标准删除或修改了旧标准中一些不适宜的内容，增加了新的规定，解决了一些标准内容描述不清、不易理解、不便执行的问题。修改后的新标准更加完善，更加严谨，更便于执行。其中引入国家计量检定规程JJG 150，规定压痕测量装置应具有均匀的视场照明，规定硬度换算值应注明来源，以及将关于日常检查的附录由资料性附录改为规范性附录等内容都是重要的修改。特别是引入JJG 150，规定试验前应进行日常检查，规定应注明硬度换算值的来源等内容，其影响已超出布氏硬度试验的范围，具有重要意义。与旧标准相比，新标准是一个明显的进步。

建议

(1)推动关联标准GB/T 231.2和GB/T 231.3的尽快修订，并争取进入快速处理程序，解决与GB/T 231.1-2018的匹配问题。

(2)废止关于硬度换算的旧国标，解决其换算数据不够可靠、缺乏多国家多实验室的验证、缺乏国际互认、与GB/T 33362的换算值不一致等问题。统一执行GB/T 33362硬度换算标准，可以增加数据的可靠性，减小偏差，避免产品验收时的纠纷。

(3)加强对于GB/T 231.1-2018和GB/T 33362-2016等应用面广、在硬度试验领域广受重视的核心标准的宣贯。

(4)随着国家治理体制的改革，改进标准化工作的管理机制，统一管理某一个领域的标准化工作。在国内，以一个单位对应ISO标准化组织的一个TC委员会，对相关标准统一管理，同步修订，从而提高标准制修订效率，强化相关标准的一致性，减少差错。

选自：《理化检验—物理分册》 Vol.55 2019.2

作者：张凤林，高级工程师，沈阳天星试验仪器有限公司