兩版標(biāo)準(zhǔn)之間的主要技術(shù)差異
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壓頭材料
GB/T 230.1-2018范圍中著重提出了本部分標(biāo)準(zhǔn)適用于固定式和便攜式洛氏硬度計(jì)，還有非常重要的一點(diǎn)是對(duì)于壓頭的說(shuō)明，碳化鎢合金球形壓頭是標(biāo)準(zhǔn)型洛氏硬度試驗(yàn)壓頭，鋼球壓頭僅在滿足標(biāo)準(zhǔn)附錄A的情況下才可以使用，也就是說(shuō)鋼球壓頭只能用于HR30TSm和HR15TSm標(biāo)尺，這點(diǎn)相較于2009版標(biāo)準(zhǔn)有了更明確的要求，便于用戶對(duì)于壓頭的選用。
洛氏硬度試驗(yàn)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM E18把硬度計(jì)、壓頭、硬度塊分成不同的等級(jí)，不同等級(jí)直接檢驗(yàn)的周期和地點(diǎn)要求也不同。碳化鎢合金球形壓頭與鋼球壓頭相比具有更高的強(qiáng)度和硬度，不易變形，鋼球壓頭強(qiáng)度和硬度如達(dá)不到計(jì)量檢定標(biāo)準(zhǔn)的要求，使用過(guò)程中容易產(chǎn)生變形，形成橢圓體，其幾何尺寸超差，當(dāng)被測(cè)金屬表面與橢圓體鋼球的短軸垂直時(shí)，容易造成壓痕變淺，從而導(dǎo)致試驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果比實(shí)際值偏大。
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試驗(yàn)原理
將特定尺寸、形狀和材料的壓頭按照GB/T 230.1－2018中第7章的規(guī)定分兩級(jí)試驗(yàn)力壓入試樣表面：初試驗(yàn)力加載后，測(cè)量初始?jí)汉凵疃?；隨后施加主試驗(yàn)力，在卸除主試驗(yàn)力后保持初試驗(yàn)力時(shí)測(cè)量最終壓痕深度，洛氏硬度HR根據(jù)最終壓痕深度和初始?jí)汉凵疃鹊牟钪礹及常數(shù)N和S通過(guò)下式計(jì)算得到
式中：常數(shù)N和S在GB/T 230.1－2018表3中有詳細(xì)的說(shuō)明。
試驗(yàn)原理是對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目本質(zhì)的說(shuō)明，2018版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)洛氏硬度試驗(yàn)原理的描述更加清楚、具體，明確提出了加載和保持兩級(jí)試驗(yàn)力、測(cè)量初始?jí)汉凵疃群妥罱K壓痕深度的時(shí)刻。2018版標(biāo)準(zhǔn)中的圖1洛氏硬度試驗(yàn)原理圖，較2009版標(biāo)準(zhǔn)增加了一條壓頭位置-時(shí)間曲線，這條曲線非常形象地描繪出了在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中壓頭位置隨試驗(yàn)時(shí)間的變化，有助于試驗(yàn)人員對(duì)洛氏硬度試驗(yàn)本質(zhì)的理解和把握。
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各標(biāo)尺適用范圍
由表1可見(jiàn)：2018版標(biāo)準(zhǔn)將洛氏硬度HRA標(biāo)尺適用范圍的上限調(diào)整到95HRA，將洛氏硬度HRB標(biāo)尺的適用范圍下限調(diào)整到了10HRBW，在2009版標(biāo)準(zhǔn)表1的注釋a和b也有相應(yīng)的說(shuō)明；2018版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于洛氏硬度HRC標(biāo)尺適用范圍延伸至10HRC的規(guī)定更加具體，明確了對(duì)金剛石圓錐壓頭的具體要求，因而在試驗(yàn)過(guò)程中可操作性更強(qiáng)。
表1 標(biāo)尺適用范圍對(duì)比
還有一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在日常試驗(yàn)過(guò)程中需要注意，2018版標(biāo)準(zhǔn)中球形壓頭的硬度符號(hào)后面都加了“W”，代表壓頭材料為碳化鎢合金。
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試樣表面粗糙度
2009版標(biāo)準(zhǔn)中建議試樣表面粗糙度Ra不大于1.6μm，2018版標(biāo)準(zhǔn)中刪除了對(duì)試樣表面粗糙度的要求。由于洛氏硬度在理論上是以平面為基準(zhǔn)的，對(duì)于凹凸不平的表面，即表面粗糙度較大的表面，在相同試驗(yàn)力作用下較表面粗糙度小的表面壓頭壓入深度要更大一些，因此測(cè)得的洛氏硬度值偏低。隨著試樣表面粗糙度的增大，不同硬度范圍試樣的洛氏硬度測(cè)試誤差逐漸增加，但低硬度試樣的增大趨勢(shì)更為明顯，且誤差值也更大，即表面粗糙度對(duì)低硬度試樣的洛氏硬度測(cè)試結(jié)果的影響更為明顯。
鑒于試樣表面粗糙度對(duì)于洛氏硬度試驗(yàn)結(jié)果有著不容忽視的影響，建議實(shí)驗(yàn)室在作業(yè)指導(dǎo)書(shū)中規(guī)定出明確的表面粗糙度Ra要求，以得到一致性較好的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
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試驗(yàn)力保持時(shí)間
由表2可見(jiàn)，2018版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于試驗(yàn)力保持時(shí)間的要求更加明確，相比2009版標(biāo)準(zhǔn)很重要的變化就是要求初試驗(yàn)力加載時(shí)間不超過(guò)2s，以及主試驗(yàn)力卸除后初試驗(yàn)力保持時(shí)間為s，這與2009版標(biāo)準(zhǔn)的“經(jīng)短時(shí)間穩(wěn)定后”相比可操作性更強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)室在組織試驗(yàn)的時(shí)候，試驗(yàn)條件具體明確，試驗(yàn)結(jié)果的一致性就會(huì)更好。
表2 試驗(yàn)力保持時(shí)間對(duì)比
6日常檢查程序
2018版標(biāo)準(zhǔn)中附錄C由資料性附錄改為規(guī)范性附錄，實(shí)驗(yàn)室在日常工作過(guò)程中要按照該附錄的要求進(jìn)行操作。2018版標(biāo)準(zhǔn)附錄C中規(guī)定的硬度計(jì)日常檢查程序更加詳細(xì)，并且給出了偏差和重復(fù)性的計(jì)算方法，可以作為實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制的措施之一，確保硬度計(jì)的穩(wěn)定性。硬度計(jì)的穩(wěn)定性可以有效幫助實(shí)驗(yàn)室確定核查周期，提高工作質(zhì)量。有文獻(xiàn)研究表明：HRC洛氏硬度標(biāo)尺的穩(wěn)定性較好，硬度計(jì)的校準(zhǔn)周期可以維持正常；HRB洛氏硬度標(biāo)尺的穩(wěn)定性相對(duì)較差，建議增加期間核查的頻次。
總則要求
需要實(shí)驗(yàn)室高度注意以下兩個(gè)方面：一是至少在標(biāo)準(zhǔn)硬度塊上測(cè)試兩個(gè)點(diǎn)；二是偏差和重復(fù)性都在允許的范圍內(nèi)硬度計(jì)才符合要求。相比2009版標(biāo)準(zhǔn)，2018版標(biāo)準(zhǔn)增加了重復(fù)性要求，這就對(duì)試驗(yàn)過(guò)程提出了更高的要求。
偏差和重復(fù)性計(jì)算方法
偏差用b來(lái)表示，按照下式計(jì)算
式中：b為試驗(yàn)設(shè)備的偏差；為硬度平均值；HCRM為標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的標(biāo)準(zhǔn)值。
各壓痕的硬度平均值按照下式計(jì)算
式中：H1，…，Hn為按硬度值從小到大的順序排列的硬度測(cè)試值；n為全部壓痕個(gè)數(shù)。
重復(fù)性用r來(lái)表示，按照下式計(jì)算
r＝Hn－H1(4)
式中：H1，…，Hn為按硬度值從小到大的順序排列的硬度測(cè)試值。
除了上述要求之外，在2018版標(biāo)準(zhǔn)中還有一點(diǎn)必須要引起注意，即在表C.1中，允許的硬度計(jì)的重復(fù)性范圍由原GB/T 230.2中洛氏單位或百分比修改為洛氏單位或一個(gè)計(jì)算公式，實(shí)驗(yàn)室在執(zhí)行過(guò)程中要注意根據(jù)公式計(jì)算出重復(fù)性，并按標(biāo)準(zhǔn)要求在兩個(gè)指標(biāo)中取較大者。
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其他事項(xiàng)
壓痕中心距離
表3 壓痕中心距離對(duì)比
由表3可見(jiàn)，2018版標(biāo)準(zhǔn)修改了兩相鄰壓痕中心之間的距離與壓痕直徑之間的倍數(shù)關(guān)系，并且刪除了兩相鄰壓痕中心之間距離及任一壓痕中心距試樣邊緣距離的最小值要求。這樣對(duì)于試驗(yàn)面尺寸較小不滿足2009版標(biāo)準(zhǔn)要求的試樣，有可能滿足2018版標(biāo)準(zhǔn)的要求。
結(jié)果修約
2018版標(biāo)準(zhǔn)刪除了洛氏硬度值的修約要求，實(shí)驗(yàn)室在給出試驗(yàn)數(shù)據(jù)的時(shí)候可參考相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行。
結(jié)束語(yǔ)
洛氏硬度試驗(yàn)新標(biāo)準(zhǔn)GB/T 230.1－2018較上一版本GB/T 230.1－2009有了較大變化，試驗(yàn)過(guò)程的具體要求更加明確，尤其是對(duì)于硬度計(jì)的日常檢查提出了更高的要求，在試驗(yàn)過(guò)程中要注意滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求，尤其是在進(jìn)行能力驗(yàn)證或是其他要求嚴(yán)格的試驗(yàn)時(shí)，要確保試驗(yàn)條件一致，從而確保實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。
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