范語萱
(航空工業(yè)西安飛機工業(yè)(集團)有限責(zé)任公司,陜西 西安 710089)
2018版金屬材料洛氏硬度試驗方法在內(nèi)容方面,增設(shè)了固定式與便捷式洛氏硬度計。而在2009版的標(biāo)準(zhǔn)中并沒有規(guī)定該項內(nèi)容,但是隨著便攜式洛氏硬度計制造技術(shù)與應(yīng)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(yīng)用性能方面,得到了廣泛關(guān)注,在新標(biāo)準(zhǔn)中將標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)ASTME18《STANDARD TEST METHODS FOR ROCKWELL HARDNESS OF METALLIC MATERIALS》的18a版中也首次提到了本標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)型洛氏硬度試驗為壓頭標(biāo)準(zhǔn),并且鋼球壓頭唯有在滿足一定標(biāo)準(zhǔn)的條件下才可以進行正式應(yīng)用,否則容易出現(xiàn)隱患問題。根據(jù)實際情況來看,滿足0.60㎜厚度標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才可以進行正式應(yīng)用,且在硬度值方面應(yīng)該以82HR30TSm或93HR15TSm的薄金屬片為標(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn),一般不會出現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求,因此在正式使用過程中極易發(fā)生變形現(xiàn)象,造成試驗結(jié)果誤差情況[2]。
新標(biāo)準(zhǔn)中還增加了引用標(biāo)準(zhǔn):“JJG112金屬洛氏硬度計(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標(biāo)尺)”,這一標(biāo)準(zhǔn)的引用,造成了第5章節(jié)試驗設(shè)備的相關(guān)規(guī)定發(fā)生變化。2009版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:硬度計和壓頭應(yīng)滿足GB/T230.2的規(guī)定。2018版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:硬度計和壓頭應(yīng)滿足GB/T230.2或JJG112的規(guī)定。這一修改對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行具有重要意義,使得硬度試驗系列國家標(biāo)準(zhǔn)與國家計量檢定規(guī)程建立了聯(lián)系,初步解決了標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行困難等方面的問題[3]。
關(guān)于金屬材料洛氏硬度試驗方法標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容,研究人員在特定尺寸、形狀以及材料標(biāo)準(zhǔn)等方面進行了重點研究與分析,并且在標(biāo)準(zhǔn)第7章中嚴格規(guī)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(nèi)容。待完成試驗力加載工作之后,應(yīng)該按照既定標(biāo)準(zhǔn)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(jù)當(dāng)前計算公式可知,關(guān)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(biāo)準(zhǔn),2018版標(biāo)準(zhǔn)針對洛氏硬度試驗原理內(nèi)容進行了初始壓痕深度與最終壓痕深度的相關(guān)研究。較之以往相比,2018版標(biāo)準(zhǔn)中的洛氏硬度試驗原理內(nèi)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(xiàn)對壓頭位置的變化探測要求。
圖1 洛氏硬度試驗原理圖
通過兩個版本的表1《洛氏硬度標(biāo)尺》可見:2018版標(biāo)準(zhǔn)針對洛氏硬度HRA標(biāo)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(diào)整以及下限調(diào)整。其中,上限調(diào)整至95HRA、下限調(diào)整至10HRBW。與此同時,2018版標(biāo)準(zhǔn)針對洛氏硬度HRC的適用范圍進行了明確規(guī)定,目的在于解決以往存在的不足問題,防止后續(xù)研究過程出現(xiàn)相應(yīng)失誤。
2018版標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)明顯不同,2018版標(biāo)準(zhǔn)無論是在試樣表面粗糙程度的規(guī)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(shù)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(xiàn)出增大趨勢,且表現(xiàn)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(jié)果產(chǎn)生一定影響,關(guān)于這一點必須加以嚴格注意[2]。
(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(yīng)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(shù)”,這一要求這與 2009 版標(biāo)準(zhǔn)的“經(jīng)短時間穩(wěn)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(guī)定,關(guān)于兩相鄰壓痕中心的距離必須設(shè)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(guī)則要求,如至少為壓痕直徑的 2.5倍左右,且在直徑數(shù)值的設(shè)置方面應(yīng)不小于 2㎜。光從這一點上來看,就不難發(fā)現(xiàn),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(yīng)該參考相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)備數(shù)值情況進行合理更改,防止對實驗結(jié)果造成不良影響。
(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(jié)果?!?/p>
(2)附錄 B洛氏硬度與試樣最小厚度關(guān)系,由于標(biāo)尺使用范圍的變化,圖B1和圖B2,增加了不同標(biāo)尺對應(yīng)試樣的最小厚度要求。
(3)將 2009版標(biāo)準(zhǔn)附錄 E-操作者對硬度計期間檢查的方法,修改成為 2018 版規(guī)范性附錄 C- 日常檢查程序。與此同時,針對日常檢查程序內(nèi)容進行合理更改。其中,使用者在使用完硬度計之后,應(yīng)該重點針對標(biāo)尺問題進行合理檢查,確保試樣硬度情況與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值基本接近。應(yīng)用過程中,應(yīng)該嚴格檢查各個標(biāo)尺的使用情況,避免出現(xiàn)誤差問題。必要時,需要反復(fù)計算其偏差b 以及重復(fù)性 r。相比 2009 版標(biāo)準(zhǔn),2018 版標(biāo)準(zhǔn)增加了重復(fù)性要求,這就對試驗過程提出了更高的要求。
洛氏硬度試驗新標(biāo)準(zhǔn) 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(wěn)定性,并重點強調(diào)了對測量結(jié)果有效性與溯源性的技術(shù)要求。實驗室在試驗過程中要注意滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求,尤其是在日常檢查時,要做好記錄。由于硬度標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)的要求,且標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的需求也會擴大。