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嘉峪检测网 2019-07-23 11:21
金属材料硬度试验方法是用于检测和评定金属材料及产品质量的重要手段之一,广泛用于检测冶金产品的质量及热处理工艺。由于影响硬度试验结果的因素较多,因此试验方法的标准化是获得准确可靠试验数据的重要保障。洛氏硬度试验方法是测定金属材料硬度的一种常用方法,我国金属材料洛氏硬度试验方法国家标准GB/T 230.1修改采用ISO 6508-1,最新版本为2018年修订版,即GB/T 230.1-2018«金属材料洛氏硬度试验第1部分:试验方法»。
笔者对比了GB/T 230.1标准2018版和2009版两个版本之间的主要技术差异点,并对这些差异进行了分析,以供各实验室参考,从而更好地执行新版标准。
两版标准之间的主要技术差异
1、压头材料
GB/T 230.1-2018范围中着重提出了本部分标准适用于固定式和便携式洛氏硬度计,还有非常重要的一点是对于压头的说明,碳化钨合金球形压头是标准型洛氏硬度试验压头,钢球压头仅在满足标准附录A的情况下才可以使用,也就是说钢球压头只能用于HR30TSm和HR15TSm标尺,这点相较于2009版标准有了更明确的要求,便于用户对于压头的选用。
洛氏硬度试验美国标准ASTM E18把硬度计、压头、硬度块分成不同的等级,不同等级直接检验的周期和地点要求也不同。碳化钨合金球形压头与钢球压头相比具有更高的强度和硬度,不易变形,钢球压头强度和硬度如达不到计量检定标准的要求,使用过程中容易产生变形,形成椭圆体,其几何尺寸超差,当被测金属表面与椭圆体钢球的短轴垂直时,容易造成压痕变浅,从而导致试验测得的结果比实际值偏大。
2、试验原理
将特定尺寸、形状和材料的压头按照GB/T 230.1-2018中第7章的规定分两级试验力压入试样表面:初试验力加载后,测量初始压痕深度;随后施加主试验力,在卸除主试验力后保持初试验力时测量最终压痕深度,洛氏硬度HR根据最终压痕深度和初始压痕深度的差值h及常数N和S通过下式计算得到
式中:常数N和S在GB/T 230.1-2018表3中有详细的说明。
试验原理是对试验项目本质的说明,2018版标准对洛氏硬度试验原理的描述更加清楚、具体,明确提出了加载和保持两级试验力、测量初始压痕深度和最终压痕深度的时刻。2018版标准中的图1洛氏硬度试验原理图,较2009版标准增加了一条压头位置-时间曲线,这条曲线非常形象地描绘出了在整个试验过程中压头位置随试验时间的变化,有助于试验人员对洛氏硬度试验本质的理解和把握。
3、各标尺适用范围
由表1可见:2018版标准将洛氏硬度HRA标尺适用范围的上限调整到95HRA,将洛氏硬度HRB标尺的适用范围下限调整到了10HRBW,在2009版标准表1的注释a和b也有相应的说明;2018版标准对于洛氏硬度HRC标尺适用范围延伸至10HRC的规定更加具体,明确了对金刚石圆锥压头的具体要求,因而在试验过程中可操作性更强。
表1 标尺适用范围对比
还有一点实验室在日常试验过程中需要注意,2018版标准中球形压头的硬度符号后面都加了“W”,代表压头材料为碳化钨合金。
4、试样表面粗糙度
2009版标准中建议试样表面粗糙度Ra不大于1.6μm,2018版标准中删除了对试样表面粗糙度的要求。由于洛氏硬度在理论上是以平面为基准的,对于凹凸不平的表面,即表面粗糙度较大的表面,在相同试验力作用下较表面粗糙度小的表面压头压入深度要更大一些,因此测得的洛氏硬度值偏低。随着试样表面粗糙度的增大,不同硬度范围试样的洛氏硬度测试误差逐渐增加,但低硬度试样的增大趋势更为明显,且误差绝对值也更大,即表面粗糙度对低硬度试样的洛氏硬度测试结果的影响更为明显。
鉴于试样表面粗糙度对于洛氏硬度试验结果有着不容忽视的影响,建议实验室在作业指导书中规定出明确的表面粗糙度Ra要求,以得到一致性较好的试验数据。
5、试验力保持时间
由表2可见,2018版标准对于试验力保持时间的要求更加明确,相比2009版标准很重要的变化就是要求初试验力加载时间不超过2s,以及主试验力卸除后初试验力保持时间为s,这与2009版标准的“经短时间稳定后”相比可操作性更强。实验室在组织试验的时候,试验条件具体明确,试验结果的一致性就会更好。
表2 试验力保持时间对比
6、日常检查程序
2018版标准中附录C由资料性附录改为规范性附录,实验室在日常工作过程中要按照该附录的要求进行操作。2018版标准附录C中规定的硬度计日常检查程序更加详细,并且给出了偏差和重复性的计算方法,可以作为实验室质量控制的措施之一,确保硬度计的稳定性。硬度计的稳定性可以有效帮助实验室确定核查周期,提高工作质量。有文献研究表明:HRC洛氏硬度标尺的稳定性较好,硬度计的校准周期可以维持正常;HRB洛氏硬度标尺的稳定性相对较差,建议增加期间核查的频次。
总则要求
需要实验室高度注意以下两个方面:一是至少在标准硬度块上测试两个点;二是偏差和重复性都在允许的范围内硬度计才符合要求。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。
偏差和重复性计算方法
偏差用b来表示,按照下式计算
式中:b为试验设备的偏差;为硬度平均值;HCRM为标准硬度块的标准值。
各压痕的硬度平均值按照下式计算
式中:H1,…,Hn为按硬度值从小到大的顺序排列的硬度测试值;n为全部压痕个数。
重复性用r来表示,按照下式计算
r=Hn-H1(4)
式中:H1,…,Hn为按硬度值从小到大的顺序排列的硬度测试值。
除了上述要求之外,在2018版标准中还有一点必须要引起注意,即在表C.1中,允许的硬度计的重复性范围由原GB/T 230.2中洛氏单位或百分比修改为洛氏单位或一个计算公式,实验室在执行过程中要注意根据公式计算出重复性,并按标准要求在两个指标中取较大者。
7、其他事项
压痕中心距离
表3 压痕中心距离对比
由表3可见,2018版标准修改了两相邻压痕中心之间的距离与压痕直径之间的倍数关系,并且删除了两相邻压痕中心之间距离及任一压痕中心距试样边缘距离的最小值要求。这样对于试验面尺寸较小不满足2009版标准要求的试样,有可能满足2018版标准的要求。
结果修约
2018版标准删除了洛氏硬度值的修约要求,实验室在给出试验数据的时候可参考相关产品标准要求执行。
结束语
洛氏硬度试验新标准GB/T 230.1-2018较上一版本GB/T 230.1-2009有了较大变化,试验过程的具体要求更加明确,尤其是对于硬度计的日常检查提出了更高的要求,在试验过程中要注意满足新标准的要求,尤其是在进行能力验证或是其他要求严格的试验时,要确保试验条件一致,从而确保实验室数据的准确性和一致性。
作者:周志超,高级工程师,北京首钢股份有限公司
来源:理化检验