楊娟

(中航工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，陜西西安710089)

0 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化，國際合作日益加強(qiáng)，來自歐美等國家的飛機(jī)轉(zhuǎn)包項目(如波音及英宇航等公司飛機(jī)零部件的轉(zhuǎn)包生產(chǎn)項目)越來越多。硬度計量作為飛機(jī)質(zhì)量保障的一個重要環(huán)節(jié)，外協(xié)供應(yīng)商要求必須按照美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM E10 規(guī)定的程序來檢驗每一個工件，用來檢測工件的布氏硬度計也要求符合ASTM E10 的要求。本文就ASTM E10 標(biāo)準(zhǔn)與我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T231 的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了比對，并在實踐中按照美國標(biāo)準(zhǔn)對所用的硬度計進(jìn)行了校準(zhǔn)分析，將其應(yīng)用于生產(chǎn)檢驗過程之中，從而有效地滿足了要求。

1 ASTM E10 標(biāo)準(zhǔn)和我國國標(biāo)GB/T231 技術(shù)指標(biāo)對比分析

1.1 比較標(biāo)準(zhǔn)的版次

美國標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)前最新版本為ASTM E10 －12 Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials;中國國標(biāo)當(dāng)前有效版本為GB/T231.2 －2009 《金屬布氏硬度試驗 第2 部分:硬度計的檢驗與校準(zhǔn)》

1.2 標(biāo)準(zhǔn)的層次、結(jié)構(gòu)、體例差異

兩國標(biāo)準(zhǔn)層次、結(jié)構(gòu)、體例差異非常大，這與兩國標(biāo)準(zhǔn)的淵源有關(guān)。中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T231 是依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO6506，經(jīng)MOD 即修改的方法采用而來，標(biāo)準(zhǔn)文本的層次、結(jié)構(gòu)、體例均與ISO 標(biāo)準(zhǔn)幾乎一致;而ASTM 標(biāo)準(zhǔn)一貫自成體系，遵照了其獨(dú)特的格式和內(nèi)容。拋開這些外在的、表象的差異，重點分析兩國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)的差別。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容上的差異分析

1.3.1 直接檢驗

直接檢驗的內(nèi)容包括:試驗力的校準(zhǔn)、壓頭的檢驗、壓痕測量裝置的校準(zhǔn)和試驗循環(huán)時間的檢驗。對各項目主要內(nèi)容逐項進(jìn)行對比分析，結(jié)果見表1。

值得注意，較大差異主要體現(xiàn)在壓痕測量裝置的分辨力和精度要求上。

第一，壓痕測量裝置分辨力均要求到小數(shù)點后第四位。在ASTM E10 正文中，明確列出了4 種壓頭球直徑所要求的壓痕測量裝置最小分辨力。

第二，ASTM E10 標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度要求給出了具體的數(shù)值，如表1 第4 項中的4 種情況。國標(biāo)要求的是相對值，而不是具體的數(shù)值。在這一點上，美標(biāo)與國標(biāo)有很大區(qū)別。以最為常用的10 mm 和5 mm 球壓頭為例，分別取這兩種球的有效壓痕上、下限，對比結(jié)果見表2。表2 中的數(shù)據(jù)顯然比國標(biāo)的要求低很多。

1.3.2 間接檢驗

間接檢驗項目中，允許示值誤差有一定差異，而允許示值重復(fù)性相同，見表3。

1.3.3 硬度測試方法

硬度測試方法、流程基本相似，最大差異出現(xiàn)在壓痕的測量方面。美標(biāo)增加了下述要求:

在兩個互相垂直的方向上測量每個壓痕的直徑，對于在平面上進(jìn)行的試驗，同一壓痕最大和最小測量直徑之差不應(yīng)超過0.1 mm，產(chǎn)品規(guī)范中另有約定的除外。

對于在曲面上進(jìn)行的測試，被測樣品最小曲面半徑至少應(yīng)該大于壓頭球直徑的2.5 倍;測量時應(yīng)該測量橢圓壓痕的長軸和短軸，以其平均值來計算布氏硬度。

表1 布氏硬度計直接檢驗項目技術(shù)指標(biāo)對比

表2 壓痕測量裝置允許誤差計算舉例 mm

表3 允許示值誤差和允許示值重復(fù)性對比

在此項條款中ASTM 標(biāo)準(zhǔn)明確、具體地提出了要求:必須測出d1，d2兩個直徑，其差值d1－ d2≤±0.1mm;同時給出了曲面測量規(guī)范。但對于該項，國標(biāo)并未提及，目前，國內(nèi)在學(xué)術(shù)界和實際生產(chǎn)中尚存在爭議和混淆，無明確定論。

2 ASTM E10 標(biāo)準(zhǔn)在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用實踐

2.1 測量裝置

通過以上比對分析發(fā)現(xiàn)，兩種標(biāo)準(zhǔn)的主要差異集中在壓痕測量上。尤其對鋁合金材料的布氏硬度檢驗，大都是采用5/750 HBW 標(biāo)尺，壓痕直徑較小，被測壓痕有效范圍為1.2 ～3 mm。使用傳統(tǒng)的20X 或40X 光學(xué)顯微鏡顯然不符合要求。

為此我們按照ASTM E10 標(biāo)準(zhǔn)對壓痕測量裝置提出如下要求:壓痕直徑測量分辨力達(dá)到小數(shù)點后第4位;測量準(zhǔn)確度最大允許誤差小于0.0050 mm;能分別測量相互垂直的2 個方向的直徑，并計算出2 個直徑相對差。按照這些要求，選擇了北京哈德技術(shù)公司的QualiscopeII 型布氏壓痕測量系統(tǒng)，并由中航工業(yè)北京長城計量測試技術(shù)研究所對測量裝置準(zhǔn)確度按照美標(biāo)進(jìn)行了檢驗。測量裝置的檢測結(jié)果如表4 所示。

表4 測量裝置的檢測結(jié)果 mm

測量誤差滿足小于0.0050 mm 的要求;并且該測量系統(tǒng)能夠同時測量水平、垂直兩個方向的壓痕直徑，并能夠根據(jù)測得的2 個直徑差值，比較計算出圓度。

2.2 檢測結(jié)果

按照ASTM E10 第7 章步驟，對標(biāo)準(zhǔn)塊和實際工件進(jìn)行測試，結(jié)果全部滿足ASTM 要求。

被測工件名稱:飛機(jī)某零件

材料:30CrMnSiNi2A

要求硬度值:在470 ～520HBW5/750 之間

測量結(jié)果:X 軸讀數(shù)為1.365 mm，Y 軸讀數(shù)為1.363 mm;直徑差為0.002 mm;平均直徑值為1.364 mm

硬度值:504 HBW5/750

按照ASTM E10 X.2.7 直接檢驗的不確定度評估方法，分析布氏測量結(jié)果的不確定度主要由試驗力不確定度uff 和壓痕測量系統(tǒng)不確定度uii。

經(jīng)檢驗，本次測試所用硬度計試驗力誤差Ef(kgf)=－3kgf，測量系統(tǒng)誤差Ei(mm)=0.0001mm，測量系統(tǒng)不確定度ui(mm)=0.0001mm。在硬度值504 HBW5/750 水平時，不確定度計算如下:

因此，測試結(jié)果為 504 HBW5/750、誤差為1.96HBW5/750 時的不確定度是1.35HBW5/750。

3 結(jié)論

經(jīng)過對布氏硬度國標(biāo)GB/T231 與美標(biāo)ASTM E10的技術(shù)對比及在實踐中的應(yīng)用，得出如下結(jié)論:①我國標(biāo)準(zhǔn)GB/T231 在結(jié)構(gòu)、體例上較美國ASTM E10 標(biāo)準(zhǔn)有很大差異。②我國標(biāo)準(zhǔn)GB/T231 與美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM E10 的檢驗項目內(nèi)容基本相同，檢驗方法也類似，但直接檢驗和間接檢驗在項目的技術(shù)指標(biāo)要求上有一定程度的差異，在結(jié)構(gòu)、體例上有很大差異。③壓痕測量裝置的分辨力和準(zhǔn)確度要求、壓痕讀取方法差異較大。ASTM 標(biāo)準(zhǔn)要求更嚴(yán)格、量化、具體;我國標(biāo)準(zhǔn)是等效采用ISO 標(biāo)準(zhǔn)，實際是國際平均水平，與美國等發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)要求存在差距。實際檢定工作中應(yīng)予以重視。④生產(chǎn)實踐表明，選用合適的壓痕測量裝置，按ASTM 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定步驟進(jìn)行操作，可以有效地進(jìn)行布氏硬度ASTM 標(biāo)準(zhǔn)測量。

［1］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T231.2 －2009 金屬布氏硬度試驗 第2 部分:硬度計的檢驗與校準(zhǔn)［S］. 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

{2］American Association State Highway and Transportation Officials Standard.ASTM E10 － 12 Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials ［S］.2010.

［3］中航工業(yè)北京長城計量測試技術(shù)研究所. 布氏硬度計檢定證書［Z］. 北京:中航工業(yè)北京長城計量測試技術(shù)研究所.

［4］北京哈德技術(shù)發(fā)展有限公司. 布氏硬度壓痕測量系統(tǒng)使用說明書［Z］. 北京:北京哈德技術(shù)發(fā)展有限公司.