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硬度計- 洛氏硬度計 論文(新國標介紹)

硬度計- 洛氏硬度計 論文(新國標介紹)

 

 
 
 新洛氏硬度計國家標準GB/T230.2 介紹及技術對比分析
馬 煒
全國試驗機標準化技術委員會,時代集團
    摘要  介紹了從2003年5月1日起開始實施的金屬洛氏硬度試驗國家標準GB/T230.2-2002;對比分析了新舊國標的技術內容,同時將有關金屬洛氏硬度計的歐洲標準BS EN10109-2以及美國標準ASTM E 18一并進行對比分析;明確了新、舊洛氏硬度計國家標準以及與國外標準的差異。
    關鍵詞  金屬洛氏硬度試驗,標準,硬度計
 
INTRODUCTION AND ANALYSES OF THE NEW STANDARD GB/T230.2 ABOUT ROCKWELL HARDNESS TESTER
Mawei
(National Technical Committee for Standardization of Testing Machine, Time Group Inc.)
 
    ABSTRACT The national standard GB/T230.2-2002 about Metallic Rockwell hardness test which put into practice on May 1st, 2003 is introduced. As well as the technical contents of the new standard and the revocatory standard, also European standard BS EN10109-2 and the American standard ASTM E 18 about Metallic Rockwell hardness testing machine are compared.
    KEY WORDS Metallic Rockwell hardness test, Standard, Hardness testing machine
 
1  概述
    2003年5月1日我國開始實施2項新的有關金屬洛氏硬度試驗的標準:GB/T230.2-2002《金屬洛氏硬度試驗  第2部分:硬度計(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺)的檢驗與校準》、GB/T230.3-2002《金屬洛氏硬度試驗  第3部分:標準硬度塊(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺)的標定》。該標準是由國家質量監督檢驗檢疫總局于2002年11月25日發布,并于2003年5月 1日開始實施的。原來相應的國家標準GB/T2848-1992《洛氏硬度計  技術條件》、GB/T3773-1993《表面洛氏硬度計  技術條件》等4項標準同時廢止。因此本文就新國標的起草背景、新舊國標(第2部分:硬度計的檢驗與校準部分)的技術內容進行介紹和對比分析,同時將歐洲標準BS EN10109-2:1996,《Metallic materials- Hardness test,Part 2. Verification of Rockwell hardness testing machines (scales A,B,C,D,E,F,G,H,K,N,T)》,以及美國標準ASTM E 18-1994 《Standard Test Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials》的相關內容也一并進行分析,旨在對我國的新、舊洛氏硬度計國家標準差異有明確的分析了解,對我國標準在國際上的技術水平進行有效評估。
 
 
2  洛氏硬度計國家標準的起草背景
    洛氏硬度計新國家標準的制定是在我國加入WTO的大背景下進行的。眾所周知,對任何一個國家,標準的制定具有重要的意義:國家標準是提高生產效率,保證產品質量,推進國際貿易,保護消費者權益必不可少的手段和依據。但是各個國家的技術法規和標準各不相同,不同的標準太多或標準的制定和實施不當,將給生產企業和出口商造成困難,甚至成為保護主義的借口,成為國際貿易的障礙,這就是所謂的貿易技術壁壘(TBT)。按照我國加入WTO的TBT協議,積極采用國際標準和國外先進標準是我國一項重要的技術經濟政策;我國的標準化工作原則就是積極采用國際標準,與國際標準接軌,方便國際貿易和技術交流。在金屬硬度試驗標準方面,經“全國試驗機標準化技術委員會”與“全國鋼標準化技術委員會力學與工藝性能試驗分技術委員會”討論,決定我國的所有硬度試驗方面的國家標準在修訂時均與國際標準(ISO)一致做相應的調整和修訂,并按部分發布。
    本標準是根據原國家機械工業局《2000年機械工業標準制修訂項目計劃》下達的任務而進行的,標準由全國試驗機標準化技術委員會歸口,由長春試驗機研究所負責,并有時代集團等生產硬度計的主要企業參加起草 。起草工作是在合并修訂原多項國家標準基礎上,修改采用國際標準ISO6508英文第一版而進行的。
 
3  新舊洛氏硬度計國家標準對比分析
3.1  新標準內涵、層次、結構的調整
    本次洛氏硬度試驗國家標準的修訂變化是非常大的,技術內容與國際標準ISO6508保持一致,同時較大幅度地調整了結構。按照試驗原理,合并了過去洛氏硬度和表面洛氏硬度兩個系列的六個標準,在同一個標準號下按部分發布。這與國際標準是一致的,國際標準化組織(ISO)第164技術委員會ISO/TC164近幾年來對硬度試驗方面的國際標準進行了合并、調整和修訂。1999年對有關洛氏硬度的六項單獨的國際標準進行了合并修訂,并保留了原來洛氏硬度試驗方法的國際標準編號ISO6508,重新命名了總的標準名稱為“金屬材料 洛氏硬度試驗”,其下又分為三個部分,見表1。
表1.  洛氏硬度國際標準合并修訂情況

原標準號及名稱
合并修訂后新的國際標準
 
ISO6508:1986 洛氏硬度試驗方法
ISO1024:1989 表面洛氏硬度試驗方法
ISO716:1986 洛氏硬度計的檢驗
ISO1079:1989 表面洛氏硬度計的檢驗
ISO674:1988 標準洛氏硬度塊的標定
ISO1355:1989 標準表面洛氏硬度塊的標定
 
ISO6508-1:1999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)
 
ISO6508-2:1999 金屬材料 洛氏硬度試驗 第2部分:硬度計(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺)的檢驗與校準
 
ISO6508-3:1999 金屬材料 洛氏硬度試驗 第3部分:標準硬度塊(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺)的標定

    本次國家標準的修訂保持與ISO標準一致,也進行了大幅度的結構上的合并調整,保留了原來洛氏硬度試驗方法的國家標準編號:“GB/T 230”,重新命名了總的標準名稱為:“金屬洛氏硬度試驗”,其下再分為三個部分,見表2。
表2.  洛氏硬度國家標準合并修訂情況

原標準號及名稱
合并修訂后新的國家標準
 
GB/T230-1991    金屬洛氏硬度試驗方法
GB/T1818-1994  金屬表面洛氏硬度試驗方法GB/T2848-1992   洛氏硬度計技術條件
GB/T3773-1993   表面洛氏硬度計技術條件
GB/T2850-1992   標準洛氏硬度塊
GB/T3774-1993   標準表面洛氏硬度塊
 
GB/T230.1-200x 金屬洛氏硬度試驗  第1部分:試驗方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺) 1
 
GB/T230.2-2002 金屬洛氏硬度試驗  第2部分:硬度計(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺)的檢驗與校準
 
GB/T230.3-2002 金屬洛氏硬度試驗  第3部分:標準硬度塊(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺)的標定
注1:本部分正在修訂中,尚未發布、實施。

 
    除了上述結構性內容調整外,新國標在層次劃分、章條設定、編寫方法、技術指標方面與ISO6508完全一致,同時根據GB/T1.1-2000 《標準化工作導則  第1部分:標準的結構和編寫規則》對格式進行了重新編排,以符合我國標準的編寫規則。
 
3.2  新舊標準技術內容上的差異分析
    本文主要對GB/T230.2部分進行分析,參考對比原國標GB/T2848-1992《洛氏硬度計  技術條件》、GB/T3773-1993《表面洛氏硬度計  技術條件》、歐洲標準BS EN10109-2:1996,以及美國標準ASTM  E 18-1994。由于新國標與ISO6508技術內容上完全一致,因此不再列出ISO6508內容。
3.2.1  標準的適用范圍
    新國標GB230.2適用范圍擴大,覆蓋的標尺有HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH、HRK、HR15N、HR15T、HR30N、HR30T、HR45N、HR45T共15個。
    這15個標尺在原國標中是分在兩個獨立的標準中的,GB/T2848覆蓋前9個(A~K),GB/T3773覆蓋后6個(HR15N~HR45T)。
    另外新標準在適用范圍上也適用于便攜式硬度計,而GB/T2848、GB/T3773僅適用于固定式洛氏硬度計。
3.2.2  規范性引用文件
    新國標在“規范性引用文件”章中,直接引用了與ISO6508中引用的國際標準相對應的我國國家標準,這些標準均已不同程度地轉化成我國國家標準。與原國標有較大差異。
3.2.3  一般要求
    新國標在“一般要求”章中要求:
    a、硬度計安裝正確
    b、壓頭主軸在其導向體中能夠滑動
    c、壓頭柄牢固地安裝在主軸孔中
    d、試驗力的施加和卸除無沖擊和振動,且不影響讀數
    e、試樣的位移或機架變形不影響讀數
    與原國標相比無實質上的差異,最明顯的不同是對“機架變形”最大允許量的要求放寬了:新國標規定,測量裝置的讀數“在硬度計最大主試驗力施加前和卸除后,對不帶鎖緊裝置的硬度計二者相差不應超過1.5洛氏單位;對帶鎖緊裝置的硬度計相差不應超過0.5洛氏單位。”
    原國標GB/T2848中這二個指標分別是1.0和0.5洛氏單位;GB/T3773則規定為1.0表面洛氏單位。在歐洲標準BS EN10109中此項規定分別為1.5和0.5洛氏單位;而美國標準ASTM  E 18無定量規定,僅定性規定測量裝置的讀數應不受機架變形的影響。
 
3.2.4  直接檢驗
    新標準明確將硬度計的檢驗分為直接檢驗和間接檢驗。直接檢驗的內容包括:試驗力的校準、壓頭的檢驗、壓痕深度測量裝置的校準、試驗循環時間的檢驗,而且建議直接檢驗溫度宜在(23±5℃)進行。直接檢驗的具體項目有增有刪,對項目內容逐項進行對比分析,結果見表3。
 
3.2.5  間接檢驗
    新標準規定間接檢驗應在(23±5℃)范圍進行,如果超出,應在檢驗報告中注明。
    新標準規定,“硬度計應對其將使用的每一個標尺進行檢驗”,并列表給出了每一待檢驗的標尺的硬度范圍。這些范圍段與原標準基本相同,只是在具體數值上有微小差異。
    每一個標尺、每一個硬度范圍段的允許示值誤差和允許示值重復性各標準差異較大,對比分析見表4。
 
3.2.6  試驗方法
    原國標GB/T2848、GB/T3774中均單獨列出“試驗方法”一章,詳細規定了試驗條件、試驗用器具以及每一條檢驗的具體方法,在新國標中全部取消。在ISO6508、BSEN10109、ASTM E-18中,同樣無本章節內容。
    作為國家級標準應規定出基本原則、要求、重要的和必要的方法外,對具體的如何滿足原則要求,如何檢驗,具體的實施方法等不需要列出,這些內容應該由計量部門制定的計量檢定規范來規定,有些甚至由企業自己的標準來規定,這也是國際慣例。因此新標準與國際標準保持一致,在本次修訂中取消了本章內容,部分必要的技術方法已穿插在上述直接檢驗和間接檢驗中有過描述。
 
表3  洛氏硬度計直接檢驗項目技術指標對比

序號
檢驗項目
新標準
GB/T230.2
原標準
GB/T2848
GB/T3773
歐洲標準
BS EN10109
美國標準
ASTM E 18
1
初試驗力允許誤差
±2.0%
±2.0%
±2.0%
±2.0%
2
總試驗力允許誤差
±1.0%
±0.5%
(588.4N,980.7N,1471N)
 
±0.7%
(147.1N,294.2N,441.3N)
±1.0%
±0.75% (588.4N)
±0.65% (980.7N)
±0.60% (1471N)
±0.67% (147.1N)
±0.67% (294.2N)
±0.67% (441.3N)
3
金剛石
圓錐壓頭
錐頂0.3mm范圍內應拋光,且無缺陷
0.3mm(GB/T2848),或0.2mm(GB/T3773)范圍內Ra上限為0.025μm,且無缺陷
錐頂0.3mm范圍內應拋光,且無缺陷
0.3mm(洛氏),或0.2mm(表面洛氏)范圍內應拋光,且無缺陷
錐頂角(120±0.35)°
錐頂角120°±21′
錐頂角(120±0.35)°
錐頂角(120±0.35)°
圓錐母線直線度
不超過
0.002mm/0.4mm
無規定
圓錐母線直線度
不超過
0.001mm/0.4mm
無規定
錐體軸線與尾柄軸線夾角不超過0.5°
錐體軸線與尾柄軸線夾角不超過0.5°
錐體軸線與尾柄軸線夾角不超過0.5°
錐體軸線與尾柄軸線夾角不超過0.5°
錐頂球面半徑允差(0.2±0.01)mm,
每一單次測量應在(0.2±0.015)mm內
錐頂球面半徑允差(0.2±0.01)mm,
每一單次測量應在(0.2±0.015)mm內
錐頂球面半徑允差(0.2±0.01)mm,
每一單次測量應在(0.2±0.015)mm內
錐頂球面半徑允差(0.2±0.01)mm,
每一單次測量應在(0.2±0.015)mm內
綜合示值誤差不大于±0.8HR,并規定在:
HRC23±3
HRC55±3
HR45N43±3
HR15N91±3
四種不同標尺和硬度水平的硬度塊上檢驗
綜合示值誤差不大于±0.8HR,未規定進行檢驗的標尺和硬度水平
綜合示值誤差不大于±0.8HR,并規定在
HRC20,
HRC55,
HR45N43,
HR15N92,
四種不同標尺和硬度水平的硬度檢驗
綜合示值誤差因不同硬度水平而異:
  HRC20-30,  ±1.0
HRC59-65,  ±0.5
HR30N40-50, ±1.0
HR30N75-80, ±0.5
至少選兩個進行檢驗

 
表3(完) 洛氏硬度計直接檢驗項目技術指標對比

序號
檢驗項目
新標準
GB/T230.2
原標準
GB/T2848
GB/T3773
歐洲標準
BS EN10109
美國標準
ASTM E 18
4
球壓頭
鋼球或硬質合金球
鋼球
鋼球
鋼球
球應拋光且
無表面缺陷
Ra上限值為0.025μm
鋼球應拋光且
無表面缺陷
鋼球應拋光且
無表面缺陷
在不少于三個位置
測量,直徑允差:
(1.5875±0.0035)mm
(3.175±0.004)mm
直徑允差:
(1.5875±0.002)mm
(3.175±0.004)mm
在不少于三個位置
測量,直徑允差:
(1.5875±0.0035)mm
(3.175±0.004)mm
在不少于三個位置
測量,直徑允差:
(1.5875±0.0025)mm
(3.175±0.0025)mm
無規定
圓度0.002
無規定
無規定
鋼球硬度不低于750HV10,
硬質合金球硬度不低于1500HV10
鋼球硬度不低于850HV10
鋼球硬度不低于850HV10
鋼球硬度不低于850HV10
5
壓痕深度測量裝置
對于A~K標尺準確到±0.001mm
對于N、T標尺準確到±0.0005mm
對于A~K標尺準確到±0.001mm
對于N、T標尺準確到±0.0005mm
對于A~K標尺準確到±0.001mm
對于N、T標尺準確到±0.0005mm
對于A~K標尺準確到±0.001mm
對于N、T標尺準確到±0.0005mm
6
試驗循環時間
不確定度在0.5秒以內
無規定
無規定
無規定
7
同軸度
無規定
不大于Φ0.2mm
無規定
無規定
8
垂直度
無規定
不大于0.1/100
無規定
無規定

 
3.2.7  檢驗周期
    新國標明確規定了直接檢驗和間接檢驗的檢驗周期。直接檢驗應在以下情況發生時進行:
    a.硬度計安裝時或經拆卸并重新裝配后或改變位置時。
    b.間接檢驗結果不合格時。
    c.間接檢驗時間超過了12個月。
    間接檢驗周期由硬度計維護水平和使用次數而定,最大不應超過12個月。
    原國標GB/T2848、GB/T3774中無該方面的規定,僅規定了出廠檢驗和型式檢驗規則。BSEN10109規定與新國標相同;而ASTM E-18規定與新國標類似,區別僅在于間接檢驗時間最大不應超過18個月。
 
表4  硬度計允許的示值誤差和允許的示值重復性各國標準對比

標尺
標準塊的
硬度范圍
新標準
GB/T230.2
 原標準
GB/T2848
GB/T3773
歐洲標準
BS EN 10109
美國標準
ASTM E 18
允許
示值誤差
允許
示值重復性
允許
示值誤差
允許
示值重復性
允許
示值誤差
允許
示值重復性
允許
示值誤差
允許
示值重復性
A
20~40
40~75
75~88
±2
±2
±1.5
≤0.02(100-H)
或 0.8HR
±2.0
±1.5
±1.0
2.0
1.5
1.0
±2.0
±2.0
±1.5
≤0.03(100-H)
或 1.2HR
±1.0(60~80)
±0.5(≥80)
 
B
20~45
45~80
80~100
±4
±3
±2
≤0.04(130-H)
或 1.2HR
±3.5
±2.0
±1.5
3.5
2.0
1.5
±4
±3
±2
≤0.06(130-H)
或 1.2HR
±1.5
±1.0
±1.0
2.5(≤59)
2.0
C
20~35
35~55
55~70
±1.5
≤0.02(100-H)或 0.8HR
±1.5
±1.2
±1.0
1.5
1.2
1.0
±1.5
≤0.03(100-H)或 1.2HR
±1.0(<60)
±0.5
2.0
1.5
1.0
D
20~70
70~77
±2
±1.5
≤0.02(100-H)或 0.8HR
±2.0
±1.5
2.0
1.5
±2
±1.5
≤0.03(100-H)或 1.2HR
 
 
E
70~90
90~100
±2.5
±2
≤0.04(130-H)或 1.2HR
±2.5
±2.0
2.5
2.0
±2.5
±2
≤0.06(130-H)
或 1.2HR
 
 
F
60~90
90~100
±3
±2
≤0.04(130-H)或 1.2HR
±3.0
±2.0
3.0
2.0
±3
±2
≤0.06(130-H)或 1.2HR
±1.0
 
G
30~50
50~75
75~94
±6
±4.5
±3
≤0.04(130-H)或 1.2HR
±6.0
±4.5
±3.0
6.0
4.5
3.0
±6
±4.5
±3
≤0.06(130-H)或 1.2HR
 
 
H
80~100
±2
≤0.04(130-H)或 1.2HR
±2.0
2.0
±2
≤0.06(130-H)或 1.2HR
 
 
K
40-60
60-80
80-100
±4
±3
±2
≤0.04(130-H)或 1.2HR
±4.0
±3.0
±2.0
4.0
3.0
2.0
±4
±3
±2
≤0.06(130-H)或 1.2HR
 
 

 
 
表4(完) 硬度計允許的示值誤差和允許的示值重復性各國標準對比

標尺
標準塊的
硬度范圍
新標準
GB/T230.2
原標準
GB/T2848
GB/T3773
歐洲標準
BS EN 10109
美國標準
ASTM E 18
允許
示值誤差
允許
示值重復性
允許
示值誤差
允許
示值重復性
允許
示值誤差
允許
示值重復性
允許
示值誤差
允許
示值重復性
15N
 
±2
≤0.04(100-H)或 1.2HR
±1.2
1.2
±2
≤0.04(100-H)或 1.2HR
±1.0(≤90)
±0.7(>90)
 
30N
40~50
55~73
75~80
 
 
±1.5
1.5
 
 
±1.0
(77.5~41.5)
±0.7(≥77.5)
2.0
1.5
1.0
45N
20~31
37~70
 
 
±1.5
2.5
1.5
 
 
±1.0
(66.5~19.6)
±0.7(≥66.5)
 
15T
 
±3
≤0.06(100-H)或 2.4HR
±2.0
2.0
±3
≤0.06(100-H)或 2.4HR
±1.5
(75.3~60.5)
±1.0(≥75.3)
 
30T
43~56
57~82
 
±2.5
±2.0
2.5
2.0
±1.5
(46.2~15.0)
±1.0(≥46.2)
2.5
2.0
45T
12~33
34~54
55~72
±2.5
3.5
2.5
2.0
±1.5
(17.6~1.0)
±1.0(≥17.6)
 
注:1  其中H為平均硬度值。
    2  取較大者為準。

 
3.2.8  檢驗報告和校準證書
    新標準明確規定了檢驗報告(或)校準證書應包含的內容,BSEN10109和ASTM E-18也有類似規定;原國標GB/T2848、GB/T3774中無規定,該方面的內容為新增加項。
3.2.9  其他
    3.2.9.1  原國標GB/T2848、GB/T3774中還有“成套性”、“標志、包裝及隨機文件”兩章內容,在本次修訂后的新標準中全部取消,ISO6508、BSEN10109、ASTM E-18中也都無該兩方面內容。一方面這是我國標準與國際標準接軌的結果,另一方面也是作為國家級標準應有的正確定位。國家標準應規定必須的原則、技術指標、技術條件,而產品的成套性諸如配幾個附件、配幾個硬度塊、配什么隨機文件,采用什么樣的標志,再如產品的名稱、型號、銘牌、包裝形式等,這些細節的東西完全是硬度計生產企業自主決定,并體現企業自主個性的事項,不宜在國家級標準進行規定,應在企業標準層次體現,這樣企業可以更靈活地展現企業特點,去適應國內、國際市場的選擇。
    3.2.9.2  新標準增加了規范性附錄“硬度計的重復性”,在該附錄中以圖示方式示出了洛氏硬度(A、B、C、D、E、F、G、H、K)標尺和表面洛氏(N、T)標尺的允許示值重復性。原國標GB/T2848、GB/T3774以及美國標準ASTM E-18無此內容;歐洲標準BSEN有類似附錄,具體指標稍有差異。
4  結論
    4.1  新標準在結構上較原標準有很大差異,統一的標準號下包含的內容更豐富、完整、完善,更加利于使用者檢索、應用、貫徹標準。
    4.2  新國標與ISO國際標準高度一致,有利于洛氏硬度測量技術水平保持與國際同步,有利于國際上經常進行的硬度國際比對,從而促進學術交流和國際貿易。
    4.3  新舊標準在技術內容和指標要求上有一定程度的變化,需要計量檢定部門、硬度計用戶單位高度重視,停止原國標的使用,從2003年5月1日起按新標準執行。
    4.4  新標準合并了洛氏、表面洛氏兩方面的標準,但國內絕大多數硬度計仍然是洛氏、表面洛氏硬度計分開,目前僅時代集團的TH320等極少數新開發出的機型與新國標完全一致,這一方面與國際上差距較大,有待提高。需要硬度計生產企業加強研發,生產出與國際同步、完全符合新標準的硬度計。
 
參考文獻
    1. GB/T230.2-2002《金屬洛氏硬度試驗  第2部分:硬度計(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺)的檢驗與校準》
    2. GB/T2848-1992《洛氏硬度計  技術條件》
    3. GB/T3773-1993《表面洛氏硬度計  技術條件》
    4. BS EN10109-2:1996,《Metallic materials- Hardness test,Part 2. Verification of Rockwell hardness testing machines (scales A,B,C,D,E,F,G,H,K,N,T)》
    5. ASTM E 18-1994 《Standard Test Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials》
    6. 全國試驗機標準化技術委員會秘書處2001年度工作報告

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