劉波，戴月紅

(鎮(zhèn)江高等?？茖W校，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

硬度試驗設備簡單，操作迅速、簡便，又可直接在零件或工具上進行試驗而不破壞工件，且可根據(jù)測得的硬度值估計出材料的近似抗拉強度和耐磨性。此外，硬度與材料的冷成形性、可加工性、焊接性等工藝性能存在一定聯(lián)系，可作為選擇加工工藝時的參考。所以，硬度試驗在生產(chǎn)中廣泛應用，是產(chǎn)品質量檢查和制定合理加工工藝最常用的方法。

常用的硬度試驗方法有洛氏硬度和布氏硬度。這2種試驗方法都有相應的國家標準，現(xiàn)行的國家標準均是2009年修訂的，而其所采用的國際標準現(xiàn)行版本分別為2016版和2014版。因此，2018年由中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會提出對洛氏硬度和布氏硬度試驗方法標準進行修訂。新修訂的2個標準分別為GB/T 230.1—2018《金屬材料 洛氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》和GB/T 231.1—2018《金屬材料 布氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》。針對這2項新版標準，對其變化較大的內容進行介紹，并與舊標準進行分析、比較和解讀，供使用者貫徹新標準時參考。

1 GB/T 230.1—2018

GB/T 230于1983年首次發(fā)布，經(jīng)歷了1991年、2004年、2009年3次修訂，2018年進行了第4次修訂。GB/T 230.1—2018使用重新起草法修改，結構與國際標準ISO 6508-1：2016《Metallic materials-Rockwell hardness test-Part 1:Test method》基本一致。GB/T 230.1—2018于2018年5月14日發(fā)布，2018年12月1日正式實施。與舊標準GB/T 230.1—2009《金屬材料 洛氏硬度試驗 第1部分：試驗方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺)》相比，新標準的名稱發(fā)生了變化，新標準將標準名稱中所規(guī)定的洛氏硬度標尺移至“范圍”一章，兩者主要內容變化如下。

1.1 范圍

新標準規(guī)定了標尺為A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H，K，15N，30N，45N，15T，30T和45T的金屬材料洛氏硬度和表面洛氏硬度的試驗方法。與舊標準相比主要以下幾點變化：

1)明確了標準適用于固定式和便攜式洛氏硬度計。

2)對特定的材料或產(chǎn)品，明確其適用標準為GB/T 3849.1《硬質合金 洛氏硬度試驗(A標尺)第1部分：試驗方法》和GB/T 9097《燒結金屬材料(不包括硬質合金) 表觀硬度和顯微硬度的測定》。凡不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本標準。

3)球形壓頭的材質由“硬質合金”修改為“碳化鎢合金”。

4)縮小了鋼球壓頭的使用范圍，由“如果在產(chǎn)品標準或協(xié)議中有規(guī)定時，允許使用鋼球壓頭”修改為“僅在滿足附錄A的情況下才可使用”，即鋼球壓頭只在薄產(chǎn)品HR30TSm和HR15TSm試驗時才能使用。

5)刪除了“需要指出的是使用2種類型的球進行硬度測試會得出不同的結果”的注釋。

6)將注釋“對于某些材料，適用范圍可能比所規(guī)定的要窄”移至4.1。

1.2 符號、縮寫術語和名稱

規(guī)定了新標準使用的符號、縮寫術語、名稱和洛氏硬度的表示方法，主要有下面幾點修改：

1)將這一章的名稱“符號及說明”修改為“符號、縮寫術語和名稱”。

2)修改了洛氏硬度HRA和HRB的適用范圍。將“20～88 HRA，試驗允許范圍可延伸至94 HRA”修改為“20～95 HRA”；將“20～100 HRB，如果在產(chǎn)品標準或協(xié)議中有規(guī)定時，試驗允許范圍可延伸至10 HRBW”修改為“10～100 HRBW”。

3)修改了洛氏硬度HRC適用范圍，延伸至10 HRC的規(guī)定。將“如果壓痕具有合適的尺寸，試驗允許范圍可延伸至10 HRC”修改為“當金剛石表面和頂端球面是經(jīng)過拋光的，且拋光至沿金剛石圓錐軸向距離尖端至少0.4 mm，試驗適用范圍可延伸至10 HRC”。

4)刪除了洛氏硬度標尺表格中主試驗力F1列，增加標尺常數(shù)S和全量程常數(shù)N的兩列?？傇囼灹?主試驗力+初試驗力，因初試驗力和總試驗力均已知，故主試驗力沒必要列出。

5)刪除了使用硬質合金球壓頭的標尺，硬度符號后面加W。使用鋼球壓頭的標尺，硬度符號后面加S的說明。但在洛氏硬度的表示方法中增加了注釋。

①GB/T 230以前版本允許使用鋼球壓頭，加后綴S表示。

②HR30TSm和HR15TSm在附錄A進行了定義，使用S和m表明使用鋼球壓頭和金剛石試樣支承臺。

③按新標準規(guī)定，標尺為A，C，D，N的洛氏硬度試驗的壓頭均為金剛石圓錐，標尺后不須附加W符號。其余標尺除薄產(chǎn)品HR30TSm和HR15TSm(最大厚度為0.6 mm至產(chǎn)品標準所示最小厚度、最高硬度值為82 HR30TSm或93 HR15TSm的薄金屬片)外，洛氏硬度試驗均為碳化鎢合金球壓頭，標尺后都必須附加W符號。

6)S的名稱由“給定標尺的單位”修改為“給定標尺的標尺常數(shù)”；N的名稱由“給定標尺的硬度數(shù)”修改為“給定標尺的全量程常數(shù)”。

1.3 試驗設備

新標準對硬度計、壓頭做出了規(guī)定，并符合GB/T 230.2—2012《金屬材料 洛氏硬度試驗：硬度計的檢驗與校準》或JJG 112—2013《金屬洛氏硬度計(A,B，C，D，E，F(xiàn)，G，H，K，N，T標尺)》的要求。與舊標準相比，主要有4點不同:

1)增加了引用JJG 112—2013的標準。

2)刪除了對測量系統(tǒng)的規(guī)定。

3)增加了金剛石圓錐體壓頭的使用范圍說明，即“僅作為洛氏硬度標尺使用，僅作為表面洛氏硬度標尺使用，同時作為洛氏硬度標尺和表面洛氏硬度使用”。

4)增加了球形壓頭的2條注釋。

①球形壓頭通常由1個壓頭球和壓頭體組成,如果接觸試樣的端部為球形的單體壓頭，則必須滿足GB/T 230.2—2012中6.3.1尺寸、形狀、拋光、硬度的要求以及GB/T 230.2—2012中6.3.2的性能要求，這種端部為球形的單體壓頭也可以使用。

②碳化鎢合金球壓頭為標準型洛氏硬度壓頭，鋼球壓頭僅在HR30TSm和HR15TSm時使用，見附錄A。

1.4 試驗程序

試驗程序規(guī)定了試驗溫度、試樣放置、試驗力加載和保持時間、相鄰壓痕距離等要求。主要有以下幾點變化:

1)增加了7.2條，要求“使用者應在當天使用硬度計前，對所用標尺根據(jù)附錄C進行日常檢查。金剛石壓頭應按附錄D的要求進行檢查”。

2)增加了7.4條，對壓頭提出了要求,壓頭應是上一次間接校準時使用的，若不是上一次間接校準時使用的，壓頭應按照附錄C中對常用的硬度標尺至少使用2個標準硬度塊進行核查(硬度塊按照GB/T 230.2—2012表1中選取高值和低值各1個)。該條款不適用于只更換球的情況。

3)修改了試驗力加載和保持時間。表1為新舊標準內容對比，主要有下面幾點修改。

①刪除了電子控制硬度計的初試驗力施加總時間的要求，增加了初試驗力F0加載時間“不超過2 s”的要求。

③刪除了硬度約為60 HRC及78 HR30N兩種試樣的主試驗力F1的加載時間，增加了對所有HRN和HRTW表面洛氏硬度主試驗力F1加載時間“不超過4 s”的規(guī)定。

表1 試驗力加載和保持時間新舊標準對比

4)修改了兩相鄰壓痕中心之間的距離，由原來“壓痕直徑的4倍”修改為“壓痕直徑的3倍”，且刪除了兩相鄰壓痕中心之間的距離“不應小于2 mm”的要求，增加了“任一壓痕中心距試樣邊緣的距離至少應為壓痕直徑的2.5倍”的規(guī)定。壓痕之間與壓痕中心距試樣邊緣應有一定距離，因測試部位及附近發(fā)生塑性變形，會產(chǎn)生加工硬化。一般情況下，壓痕周圍硬化區(qū)的寬度均不超過壓痕直徑的一半。新標準修改的原因是等效采用ISO 6508-1:2016，且試驗結果表明，這些修改對試驗結果均無影響。

1.5 附錄

新標準給出了7個附錄，前6個為規(guī)范性附錄，最后1個為資料性附錄。與舊標準相比，主要有以下幾點變化:

1)附錄A有3點不同。

①修改了HR30TSm和HR15TSm最高硬度值，由“80 HR30T”修改為“82 HR30TSm”，“90 HR15T”修改為“93 HR15TSm”。

②增加了2條注釋。a)解釋了標尺中Sm表示在試驗中使用鋼球壓頭和金剛石試樣支座；b)要求在試驗之前，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。

③修改了薄產(chǎn)品HR30TSm和HR15TSm使用的壓頭，明確了試驗使用的壓頭直徑為1.587 5 mm的硬化鋼球，且符合GB/T 230.2—2012的要求。

2)新標準的附錄C與舊標準的附錄E相對應，由資料性附錄改為規(guī)范性附錄，同時修改了附錄C日常檢查程序的內容，增加了“偏差”和“重復性范圍”。使用者應在當天使用硬度計前，對需要使用的每個標尺進行檢查，至少選取1塊與被測試樣硬度值接近的標準硬度塊，至少測試2個點，計算其平均值與標準值之間的差值即為設備偏差b，2個測試值之間的差值即為設備重復性r。

3)新標準的附錄D與舊標準的附錄F相對應，由資料性附錄改為規(guī)范性附錄。

4)修改了附錄G硬度測量值的不確定度評定方法。

1.6 其他

1)規(guī)范性引用文件增加了JJG 112—2013。

2)試樣方面，刪除了“建議試樣表面粗糙度Ra值不大于1.6 μm”的要求。原則上試樣應具有足夠厚度，試驗面應平坦光滑且與底部平行。

3)試驗報告方面，在舊標準的基礎上，增加了“試驗日期”和“如果轉換成其他硬度，轉換的依據(jù)和方法應注明參見GB/T 33362—2016《金屬材料硬度值的換算》”的2項內容；刪除了試驗結果中“洛氏硬度值應至少精確至0.5 HR”的要求，因洛氏硬度計的測量精度大多能精確到0.1 HR，舊標準這種規(guī)定沒有必要，且現(xiàn)在的國際標準也無這種規(guī)定，所以，新標準將這一修約要求刪除了，試驗結果以實測值為準；與試樣有關的詳細資料內容中，增加了“包括試樣表面的曲率”。

4)將原第9章中洛氏硬度值換算成其他硬度或抗拉強度值的有關內容，單列為第10章“換算成其他硬度或抗拉強度值”。具體內容為“尚無普通適用的方法將洛氏硬度值精確地換成其他硬度或抗拉強度，因此應避免這種換算，除非通過對比試驗得到可比較的換算方法(參見GB/T 33362—2016)”。

我國最早出現(xiàn)硬度值的換算是GB/T 1172—1974《黑色金屬硬度及強度換算值》，現(xiàn)行版本是GB/T 1172—1999，是以鋼材的主要合金成分分類的，只列出了碳鋼及部分合金鋼共9個鋼系的硬度與強度之間的換算值。在有色金屬方面，現(xiàn)行的國家標準是GBN 166—1982《鋁合金硬度與強度換算值》和GB/T 3771—1983《銅合金硬度與強度換算值》，也只有鋁合金、銅合金的強度與硬度換算值，沒有國外標準全面，無法與其建立聯(lián)系。新制定的國家標準GB/T 33362—2016使用翻譯法等同采用ISO 18265：2013《Metallic materials-Conversion of hardness values》,該標準是國際上各成員國之間經(jīng)過多年共同試驗得出的結果，具有權威性，GB/T 1172—1999仍是現(xiàn)行有效版本，其換算數(shù)據(jù)不夠可靠，缺乏多國、多實驗室的驗證和國際互認，統(tǒng)一執(zhí)行GB/T 33362—2016可增加數(shù)據(jù)的可靠性，減小偏差，避免產(chǎn)品驗收時的糾紛。

5)新增了參考文獻。新標準給出了11個參考文獻。

2 GB/T 231.1—2018

GB/T 231于1962年首次發(fā)布，經(jīng)歷了1984年、2002年、2009年3次修訂。2018年進行了第4次修訂。GB/T 231.1—2018使用重新起草法修改采用國際標準ISO 6506-1：2014《Metallic materials-Brinell hardness test-Part1:Test method》，在結構上與ISO 6506-1：2014基本一致。GB/T 231.1—2018于2018年5月14日發(fā)布，2019年2月1日正式實施。新標準與舊標準GB/T 231.1—2009《金屬材料 布氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》相比，主要內容變化、分析和解讀如下。

2.1 范圍

新標準規(guī)定了金屬材料布氏硬度試驗的原理、符號及說明、試驗設備、試樣、試驗程序、結果的不確定度和試驗報告。刪除了“本部分規(guī)定的布氏硬度試驗范圍上限為650 HBW”的規(guī)定,增加了“本部分適用于固定式布氏硬度計和便攜式布氏硬度計”。對于特殊材料或產(chǎn)品的布氏硬度試驗，明確了參考標準為“GB/T 9097和本部分”。

2.2 規(guī)范性引用文件

新標準中列出了5個規(guī)范性引用文件的編號和名稱。相比舊標準，新標準對原4個文件引用保留了3個，刪除了JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》，但是將JJF 1059.1—2012作為參考文獻。增加了2個引用文件，即GB/T 9097和JJG 150《金屬布氏硬度計》。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本標準。使用者可根據(jù)這些規(guī)范性引用文件查閱原文以加深對新標準的了解。

2.3 試驗程序

本次修訂，對試驗程序方面的規(guī)定主要有以下幾點變化：

1)增加了“試驗前應按照附錄B核查硬度計的狀態(tài)”的要求，同時將原“資料性附錄”修改為“規(guī)范性附錄”。實驗室可按如下方案參考實施,使用者應在當天使用硬度計前，對所使用的硬度標尺和范圍進行日常檢查，選用按照GB/T 231.3—2012《金屬材料 布氏硬度試驗 第3部分：標準硬度塊的標定》標定的標準硬度塊至少打一個壓痕，如果示值誤差在GB/T 231.2—2012《金屬材料 布氏硬度試驗 第2部分：硬度計的檢驗與標準》規(guī)定的范圍內，則硬度計為滿意，同時將標準硬度塊檢查的信息反映在原始記錄中。

2)試驗力的選擇應保證壓痕直徑在(0.24～0.6)D之間，如果壓痕直徑超出了這個區(qū)間，舊標準沒作要求，新標準規(guī)定“應在試驗報告中注明壓痕直徑與壓頭直徑的比值d/D”。

4)明確了壓痕直徑的光學測量既可采用手動也可采用自動測量系統(tǒng)，且增加了手動測量方法，具體內容為“對于手動測量系統(tǒng)，測量每個壓痕相互垂直方向的2個直徑，用2個讀數(shù)的平均值計算布氏硬度。對于表面研磨的試樣，建議在與磨痕方向夾角大約45°方向測量壓痕直徑”。

5)增加了硬度結果的修約要求，即“將試驗結果修約到3位有效數(shù)字”。

2.4 其他

1)修改了球形壓頭的材質。由“硬質合金”修改為“碳化鎢合金”，與洛氏硬度試驗方法相同。

2)試驗設備增加了引用JJG 150。

3)試樣方面的修改，刪除了“建議表面粗糙度參數(shù)Ra值不大于1.6 μm”的要求；增加了注釋“對于使用較小壓頭，有可能需要拋光或磨平試樣表面”。

4)結果的不確定度方面，明確了硬度試驗與來源類型無關；增加了8.3條，具體內容為“所有識別出分量對不確定度的貢獻不一定總能量化。在這種情況下，對A類標準不確定度的估算可以通過對試樣重復試驗的統(tǒng)計分析獲得。對A類和B類標準不確定度合成時，應注意各分量的貢獻不重復計算”。

5)增加了3項試驗報告內容，即“如果壓痕直徑與壓頭直徑的比值不在0.24～0.60之間，應注明其比值”，“試驗日期”和“當轉換成另一硬度標尺的硬度值時，轉換標準應注明”。

6)新增了參考文獻。新標準給出7個參考文獻。

3 結束語

GB/T 230.1—2018和GB/T 231.1—2018是規(guī)定金屬材料硬度試驗方法的兩項非常重要的國家標準。為了更好地貫徹和執(zhí)行新標準，筆者將新版標準中變化較大的內容整理出來，并與舊標準進行分析、比較、說明和必要的解釋，以便使用者對其不同之處有清晰的認識，從而更好地理解、宣傳和貫徹新標準。