硬度是金属材料重要的力学性能指标之一,硬度试验是研究材料力学性能、选定加工工艺和保证产品质量的重要手段。硬度测试常见的方法有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、努氏硬度、肖氏硬度和里氏硬度测试。维氏硬度试验不仅能衡量材料的软硬程度,还能灵敏地反映金属材料在化学成分、显微组织、热加工工艺及冷加工变形等方面的差异,故在材料评价、制造过程质量控制和产品质量检验等领域中得到广泛应用[1-4]。维氏硬度试验标准体系主要由试验方法、硬度计检验和校准以及标准硬度块标定3个部分标准组成,常用的维氏硬度试验标准如表1所示。
试验方法 | 硬度计检验和校准 | 标准硬度块标定 |
---|---|---|
GB/T 4340.1—2024《 金属材料 维氏硬度试验 第1部分:试验方法》(ISO 6507-1:2023,修改采用) | GB/T 4340.2—2012《金属材料 维氏硬度试验 第2部分:硬度计的检验与校准》(ISO 6507-2:2005,修改采用) | GB/T 4340.3—2012 《金属材料 维氏硬度试验 第3部分:标准硬度块的标定》(ISO 6507-3:2005,修改采用) |
JJG 151—2006《金属维氏硬度计检定规程》 | JJG 148—2006 《标准维氏硬度块检定规程》 | |
ISO 6507-1:2023《金属材料 维氏硬度试验 第1部分:试验方法》 | ISO 6507-2:2018《金属材料 维氏硬度试验 第2部分:硬度计的检验与校准》 | ISO 6507-3:2018《金属材料 维氏硬度试验 第3部分:标准硬度块的标定》 |
EN ISO 6507-1:2023《金属材料 维氏硬度试验 第1部分:试验方法》 | EN ISO 6507-2:2018《金属材料 维氏硬度试验 第2部分:硬度计的检验与校准》 | EN ISO 6507-3:2018《金属材料 维氏硬度试验 第3部分:标准硬度块的标定》 |
ASTM E92-23《金属材料 维氏硬度和努氏硬度的试验方法》 |
附录A1 维氏和努氏硬度计的检验 附录A2 标准维氏和努氏硬度计 附录A3 维氏和努氏压头的标定 |
附录A4 标准维氏和努氏硬度块的标定 |
JIS Z 2244-1:2024《维氏硬度试验 第1部分:试验方法》(ISO 6507-1:2023,修改采用) | JIS B 7725:2020《维氏硬度试验 硬度计的检验与校准》(ISO 6507-2:2018,修改采用) | JIS B 7735:2020《维氏硬度试验 标准块的标定》(ISO 6507-3:2018,修改采用) |
由表1可知:除ASTM标准外,其他国家如日本、欧洲及我国等均为采标ISO标准,但欧洲的EN和日本的JIS均已采标最新现行的ISO标准,而我国只有试验方法标准采标了最新的ISO标准,硬度计检验和校准和标准硬度块标定尚未更新,且由于实际应用过程中的历史原因,国内力学实验室还依据标准JJG 151—2006和JJG 148—2006检定规程检定/校准硬度计和标准硬度块,其使用频率大于标准GB/T 4340.2—2024和GB/T 4340.3—2012。
CNAS-CL01-A011:2018 《检测和校准实验室能力认可准则在金属材料检测领域的应用说明》中7.2.1.1节指出:“使用不同标准进行力学性能检测时,应注意标准之间的差异部分,包括试样尺寸和精度、对设备的要求、试验过程的要求、计算结果的修约等”。为此,笔者重点选取了现行标准ASTM E92-23、ISO 6507.1:2023和GB/T 4340.1—2024,并以力学实验室常用的HV1和HV10为例,分别从硬度计和标准硬度块要求、试样要求、日常(周期性)检查/期间核查、压痕测量等方面进行差异对比分析。
1. 国内外常用维氏硬度试验标准差异
1.1 硬度计和标准硬度块要求
维氏硬度试验对硬度计和标准硬度块的要求主要由其引用的硬度计检验/校准标准、标准硬度块的标定标准中给出。鉴于ISO、GB和ASTM标准体系中对于压痕测量允许误差、示值误差及对角线测量值重复性的定义不一致,有的采用硬度HV进行计算,有的采用压痕对角线长度d进行计算,为了便于三者之间的进行比较,笔者在比较不同标准差异时,将其统一按硬度表示(见表2和表3)。标准GB/T 4340.2—2012原文给出的重复性数据按压痕尺寸表示,此处换算成按硬度表示。示值误差系按ISO 6507-2:2018中表5的公式计算得出。标准ASTM E92-23附录A1,A2,A3原文给出的示值误差和重复性数据按压痕尺寸表示,此处换算成按硬度表示。
项目 | 标准编号 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
GB/T 4340.1—2024 | ISO 6507-1:2023 | ASTM E92-23 | ||||
校准要求 | GB/T 4340.2—2012 | JJG 151—2006 | ISO 6507-2:2018 | 附录A1,A2,A3 | ||
压痕测量允许误差 | HV1 |
0.4 μm(>1 159 HV1) 1%d(余) |
0.4 μm(>1 159 HV1) 0.8%d(余) |
0.8 μm(>290 HV1) 1%d(余) |
0.4 μm(>290 HV1) 0.5%d(余) |
|
HV10 |
1%d(>464 HV10) 2 μm(<464 HV10) |
0.8%d | 1%d | 0.5%d | ||
示值误差 | HV1 |
3%(100 HV1) 4%(200~400 HV1) 5%(500~700 HV1) 6%/(800~1 000 HV1) |
3%(<94.6 HV1) 4%(263 HV1) 5%(515 HV1) 6%(876 HV1) |
6%(<100 HV1) 4%(余) |
||
HV10 | 3% |
3%(<946 HV10) 3.5%(1 632 HV10) |
4% | |||
重复性 | HV1 |
12%(≤225 HV1) 8%(>225 HV1) |
12%(≤22 5HV1) 8%(>225 HV1) |
12%(≤250 HV1) 8%(>250 HV1) |
26%(<100 HV1) 16%(100~240 HV1) 8%(240~600 HV1) 6%(>600 HV1) |
|
HV10 |
6%(≤225 HV10) 4%(>225 HV10) |
6%(≤225 HV10) 4%(>225 HV10) |
6%(≤250 HV10) 4%(>250 HV10) |
8%(100~240 HV10) 6%(240~600 HV10) 4%(~600 HV10) |