2022年8月，客户在测试中发现自己的测试结果有异常，寻求工程师帮助，希望可以助力他查找测试结果差异的原因。具体情况如下：测试球压痕硬度得到55N/mm2的结果，此款样品的球压痕硬度值在39 N/mm2以内，超出了样品的合格范围内。在相同设备、相同样品、测试手法相差无几的情况下，客户自己的测试结果与测试标准范围相差较大，对此寻找测试结果差异的原因并解决。

排查与分析

2.1设备硬件排查

根据标准《GB/T 3398.1-2008塑料 硬度测定 第1部分：球压痕法》中规定：球压痕硬度是指以规定直径的钢球，在试验负荷作用下，垂直压入试样表面，保持一定时间后单位压痕面积上所承受的压力，其计算公式：球压痕硬度=施加的负荷/压入的表面积。从计算公式中来看影响测试结果主要的因素有两点：施加的负荷和压头表面积。

球压痕硬度测试的压头钢球直径为（5.0±0.05）mm，且试验后该钢球不能显出任何变形或损伤。在检查客户使用的钢球时直径确认符合标准要求见图1，发现钢球表面有不明黑点详见图2，初步判定是钢球表面的损伤，不排除是钢球表面的损伤导致的测试结果有偏差，更换了好的压头后对同一个样进行对比测试，发现测试结果相差并不大。通过使用二次元设备观察有破损钢球，发现是钢球其表面附着了一层黑色物质，可通过纱布擦拭祛除污渍，祛除后钢球可正常使用，测试结果与之前相差不大。

表1  不同钢球对比测试结果

排除了使用的钢球为导致误差的因素后，其次对球压痕硬度砝码组合的单个砝码进行称重确认砝码状态，称重结果如表2：

表2 硬度测试中所用砝码质量

从表2中可以看出测试使用的砝码组合重量在误差范围内，满足使用要求。根据球压痕硬度计算公式来看，压痕器上的负荷不等于试验负荷，除了砝码本身的重量之外还需考虑到机架变形修正后的压入深度的情况。

2.2设备软件排查

在排查完设备硬件确认没有问题之后，还需对设备的软件设置进行排查，需要考虑机架变形的修正压入深度。测试球压痕硬度时选用的自动模式，为了确认是否为机架变形修正后的压入深度有误，客户与设备厂家沟通后选用手动模式。自动模式是通过软件设置软件计算直接得出球压痕硬度值，通过使用手动模式和自动模式测试结果进行比对，根据比对的测试结果可以确认自动模式的软件设置确实有问题（见表3）。

表3  不同模式下对比测试结果

检查设备软件中的修正深度与标准有偏差见图4，按照正确的修正深度进行调整见表4。

表4   标准修正因素

按照表4的要求修正后，需要立刻对设备进行确认。由于缺少球压痕硬度标快，所以选取了几种不同材质以及球压痕硬度值的样品进行比对。

在修正了设备深度后并且验证了球压痕硬度的测试结果比对在允差范围内，为了避免深度修正影响洛氏硬度，根据洛氏硬度标准《GB.T 3398.2 塑料 硬度测定 第2部分：洛氏硬度》中的附录A和《ASTM D785-65 塑料与电绝缘材料洛氏硬度试验方法》中的方法B，通过计算出洛氏-α硬度，根据Fett证明的洛氏-α硬度（HRa）与球压痕硬度（H）之间存在的数学公式，换算出球压痕硬度，两者之间的关系图如图6所示，换算得到的球压痕硬度结果与测试结果一致。最后帮客户解决了问题。

图6   HRa与H的关系图

总结

1. 测试结果有误，根据数据先预计大概的问题原因，球压痕硬度的计算公式因果关系明确，测试结果偏大首先确认测试结果的计算公式中包含的施加的负荷和压入钢球的表面积是否正常且稳定。在排除砝码和压头的表面积没问题后，根据标准中详细的实际负荷计算公式进行逐一排查，找出问题并相对应进行调整。

1. 测试结果有误，根据数据先预计大概的问题原因，球压痕硬度的计算公式因果关系明确，测试结果偏大首先确认测试结果的计算公式中包含的施加的负荷和压入钢球的表面积是否正常且稳定。在排除砝码和压头的表面积没问题后，根据标准中详细的实际负荷计算公式进行逐一排查，找出问题并相对应进行调整。

2.由于洛氏硬度与球压痕硬度是在一台设备上进行测试，在调整球压痕硬度的修正深度后也需要考虑到是否会对洛氏硬度的测试带来一定的影响。通过标准中的数学关系公式同时确认洛氏-α硬度与球压痕硬度的准确性。