淺析 2018 版金屬材料洛氏硬度試驗方法

范語萱

（航空工業西安飛機工業（集團）有限責任公司，陜西 西安 710089）

1 金屬材料洛氏硬度試驗方法標準的范圍界定

2018版金屬材料洛氏硬度試驗方法在內容方面，增設了固定式與便捷式洛氏硬度計。而在2009版的標準中并沒有規定該項內容，但是隨著便攜式洛氏硬度計制造技術與應用范圍的不斷拓展，促使便攜式洛氏硬度計無論是在使用范圍，還是應用性能方面，得到了廣泛關注，在新標準中將標準的適用范圍擴展到便攜式洛氏硬度計。在洛氏硬度的美國標準ASTME18《STANDARD TEST METHODS FOR ROCKWELL HARDNESS OF METALLIC MATERIALS》的18a版中也首次提到了本標準適用于直接校驗和間接校驗的便攜式洛氏硬度計的使用要求[1]。

2018版金屬材料洛氏硬度試驗方法針對壓頭要求進行了充分注明，多以備注形式進行注明。即碳化鎢合金球性壓頭需要以標準型洛氏硬度試驗為壓頭標準，并且鋼球壓頭唯有在滿足一定標準的條件下才可以進行正式應用，否則容易出現隱患問題。根據實際情況來看，滿足0.60㎜厚度標準的產品才可以進行正式應用，且在硬度值方面應該以82HR30TSm或93HR15TSm的薄金屬片為標準。需要注意的是，碳化鎢合金球壓頭與鋼球壓頭相較而言，在一定程度上具備良好的強度與硬度標準，一般不會出現變形等問題。而鋼球壓頭無論是在強度與硬度方面，都無法達到計量檢定標準的相關要求，因此在正式使用過程中極易發生變形現象，造成試驗結果誤差情況[2]。

2 規范性引用文件

新標準中還增加了引用標準：“JJG112金屬洛氏硬度計（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺）”，這一標準的引用，造成了第5章節試驗設備的相關規定發生變化。2009版標準規定：硬度計和壓頭應滿足GB/T230.2的規定。2018版標準規定：硬度計和壓頭應滿足GB/T230.2或JJG112的規定。這一修改對相關標準的執行具有重要意義，使得硬度試驗系列國家標準與國家計量檢定規程建立了聯系，初步解決了標準執行困難等方面的問題[3]。

3 金屬材料洛氏硬度試驗方法標準試驗的原理內容分析

關于金屬材料洛氏硬度試驗方法標準內容，研究人員在特定尺寸、形狀以及材料標準等方面進行了重點研究與分析，并且在標準第7章中嚴格規定，重點說明了如何將兩級試驗力壓入到試樣表面的方法內容。待完成試驗力加載工作之后，應該按照既定標準嚴格測量初始時期的壓痕深度，并且不斷施加主試驗力，目的在于確保初始試驗過程的壓痕深度不受影響。根據當前計算公式可知，關于洛氏硬度的最終壓痕深度與初始壓痕深度的計算問題，可以用以下公式獲得：

洛氏硬度=N-h/S

相較2009版標準，2018版標準針對洛氏硬度試驗原理內容進行了初始壓痕深度與最終壓痕深度的相關研究。較之以往相比，2018版標準中的洛氏硬度試驗原理內容增加了時間-壓頭位置的曲線變化，并且針對曲線變化過程實現對壓頭位置的變化探測要求。

圖1 洛氏硬度試驗原理圖

4 各標尺適用范圍

通過兩個版本的表1《洛氏硬度標尺》可見：2018版標準針對洛氏硬度HRA標尺問題進行了重點研究，尤其重點針對其適用范圍進行上限調整以及下限調整。其中，上限調整至95HRA、下限調整至10HRBW。與此同時，2018版標準針對洛氏硬度HRC的適用范圍進行了明確規定，目的在于解決以往存在的不足問題，防止后續研究過程出現相應失誤。

5 試樣的要求

2018版標準中針對試樣表面粗糙度問題進行了明確研究，在遵循原則要求的前提下，確保試樣表面的平滑性。與以往標準明顯不同，2018版標準無論是在試樣表面粗糙程度的規定上，還是在試驗力作用下，均得到顯著改善。因此在洛氏硬度值的測量方面，要明顯比以往的數值偏低。且隨著試樣表面粗糙程度的不斷增加，不同硬度范圍試樣中的洛氏硬度在測試誤差方面會有所不同。但是這樣一來，低硬度試樣逐漸呈現出增大趨勢，且表現較為明顯。另外，在誤差絕對值的確定方面，表面粗糙度、低硬度試樣問題往往也會對洛氏硬度測試結果產生一定影響，關于這一點必須加以嚴格注意[2]。

6 試驗程序的變化

（1）增加了初試驗力 F0 的加載時間，要求不超過 2s ；修改了主試驗力 F1 的保持時間，保持時間應為 3±12，即 3s 是理想的保持時間，可接受的保持時間范圍為 1s ～ 4s ；修改了 F1 保持時間的表述為 5±13，即 5s 是理想的保持時間，可接受的保持時間范圍為 2s ～ 6s ；增加了“卸除主試驗力 F1，初試驗力F0 保持4±13s 后進行最終讀數”，這一要求這與 2009 版標準的“經短時間穩定后”相比可操作性更強。

（2）改善兩相鄰壓痕中心間的距離問題。2018版金屬材料洛氏硬度試驗方法明確規定，關于兩相鄰壓痕中心的距離必須設置為壓痕直徑的 3倍左右。其中，任一壓痕中心距離試樣邊緣必須滿足一定規則要求，如至少為壓痕直徑的 2.5倍左右，且在直徑數值的設置方面應不小于 2㎜。光從這一點上來看，就不難發現，2018版金屬材料洛氏硬度試驗方法在試樣尺寸要求方面，明顯放寬。另外，在試樣面尺寸較小的試樣方面，更加符合 2018版要求。

（3）刪除了洛氏硬度值修約要求。但是并未給出明確的界限，因此在試驗過程中應該參考相關產品標準以及設備數值情況進行合理更改，防止對實驗結果造成不良影響。

7 方法附錄要求變化

（1）附錄 A，限制了鋼球壓頭使用的情況 ；增加了注 1“Sm”的含義解釋 ；增加了注 2 的試驗要求“試驗之前，需要在已知硬度值的薄樣品上進行硬度測試，以確保試樣支座表面不會影響測量結果。”

（2）附錄 B洛氏硬度與試樣最小厚度關系，由于標尺使用范圍的變化，圖B1和圖B2，增加了不同標尺對應試樣的最小厚度要求。

（3）將 2009版標準附錄 E-操作者對硬度計期間檢查的方法，修改成為 2018 版規范性附錄 C- 日常檢查程序。與此同時，針對日常檢查程序內容進行合理更改。其中，使用者在使用完硬度計之后，應該重點針對標尺問題進行合理檢查，確保試樣硬度情況與標準數值基本接近。應用過程中，應該嚴格檢查各個標尺的使用情況，避免出現誤差問題。必要時，需要反復計算其偏差b 以及重復性 r。相比 2009 版標準，2018 版標準增加了重復性要求，這就對試驗過程提出了更高的要求。

8 結束語

洛氏硬度試驗新標準 GB/T230.1 － 2018較 2009版本有了較大變化，試驗過程的具體要求更加明確，尤其是對于硬度計日常檢查程序進行了詳細描述，要求也更高，更能確保硬度計的穩定性，并重點強調了對測量結果有效性與溯源性的技術要求。實驗室在試驗過程中要注意滿足新標準的要求，尤其是在日常檢查時，要做好記錄。由于硬度標尺的使用范圍的變化，也對硬度計提出新的要求，部分表盤式硬度計已不滿足新標準的要求，且標準硬度塊的需求也會擴大。