硬度是金屬材料重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一，硬度試驗是研究材料力學(xué)性能、選定加工工藝和保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。硬度測試常見的方法有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、努氏硬度、肖氏硬度和里氏硬度測試。維氏硬度試驗不僅能衡量材料的軟硬程度，還能靈敏地反映金屬材料在化學(xué)成分、顯微組織、熱加工工藝及冷加工變形等方面的差異，故在材料評價、制造過程質(zhì)量控制和產(chǎn)品質(zhì)量檢驗等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用[1-4]。維氏硬度試驗標(biāo)準(zhǔn)體系主要由試驗方法、硬度計檢驗和校準(zhǔn)以及標(biāo)準(zhǔn)硬度塊標(biāo)定3個部分標(biāo)準(zhǔn)組成，常用的維氏硬度試驗標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
由表1可知：除ASTM標(biāo)準(zhǔn)外，其他國家如日本、歐洲及我國等均為采標(biāo)ISO標(biāo)準(zhǔn)，但歐洲的EN和日本的JIS均已采標(biāo)最新現(xiàn)行的ISO標(biāo)準(zhǔn)，而我國只有試驗方法標(biāo)準(zhǔn)采標(biāo)了最新的ISO標(biāo)準(zhǔn)，硬度計檢驗和校準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)硬度塊標(biāo)定尚未更新，且由于實際應(yīng)用過程中的歷史原因，國內(nèi)力學(xué)實驗室還依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JJG 151—2006和JJG 148—2006檢定規(guī)程檢定/校準(zhǔn)硬度計和標(biāo)準(zhǔn)硬度塊，其使用頻率大于標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.2—2024和GB/T 4340.3—2012。
CNAS-CL01-A011:2018 《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力認(rèn)可準(zhǔn)則在金屬材料檢測領(lǐng)域的應(yīng)用說明》中7.2.1.1節(jié)指出：“使用不同標(biāo)準(zhǔn)進行力學(xué)性能檢測時，應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)之間的差異部分，包括試樣尺寸和精度、對設(shè)備的要求、試驗過程的要求、計算結(jié)果的修約等”。為此，筆者重點選取了現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23、ISO 6507.1:2023和GB/T 4340.1—2024，并以力學(xué)實驗室常用的HV1和HV10為例，分別從硬度計和標(biāo)準(zhǔn)硬度塊要求、試樣要求、日常（周期性）檢查/期間核查、壓痕測量等方面進行差異對比分析。
1. 國內(nèi)外常用維氏硬度試驗標(biāo)準(zhǔn)差異
1.1 硬度計和標(biāo)準(zhǔn)硬度塊要求
維氏硬度試驗對硬度計和標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的要求主要由其引用的硬度計檢驗/校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)中給出。鑒于ISO、GB和ASTM標(biāo)準(zhǔn)體系中對于壓痕測量允許誤差、示值誤差及對角線測量值重復(fù)性的定義不一致，有的采用硬度HV進行計算，有的采用壓痕對角線長度d進行計算，為了便于三者之間的進行比較，筆者在比較不同標(biāo)準(zhǔn)差異時，將其統(tǒng)一按硬度表示（見表2和表3）。標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.2—2012原文給出的重復(fù)性數(shù)據(jù)按壓痕尺寸表示，此處換算成按硬度表示。示值誤差系按ISO 6507-2:2018中表5的公式計算得出。標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23附錄A1，A2，A3原文給出的示值誤差和重復(fù)性數(shù)據(jù)按壓痕尺寸表示，此處換算成按硬度表示。
由表2可知：標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.1—2024和ISO 6507.1:2023對硬度計的要求基本一致，兩者與標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23的要求則有差異。對于壓痕測量允許誤差要求，標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23高于標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.2—2012或標(biāo)準(zhǔn)JJG 151—2006；而對于示值誤差和重復(fù)性要求，在不同的標(biāo)尺或硬度值范圍，標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23與標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.2—2012或標(biāo)準(zhǔn)JJG 151—2006的要求不一致，互有高低。
由表3可知：在維氏標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的校準(zhǔn)周期方面，標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.3—2012和ISO 6507-3:2018規(guī)定的校準(zhǔn)周期為5 a，在實際應(yīng)用中廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)JJG 148—2006規(guī)定的校準(zhǔn)周期為1 a，而標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23沒有約束規(guī)定；在標(biāo)準(zhǔn)塊的壓痕尺寸要求方面，標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.1—2024附錄D中對硬度計、對角線長度測量系統(tǒng)和壓頭的期間核查進行規(guī)定，試驗時應(yīng)選擇在合適的標(biāo)尺下按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.3—2012校準(zhǔn)且與所使用硬度水平相近的標(biāo)準(zhǔn)硬度塊，目前最新有效的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.3—2012中8.3.e）規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)硬度塊證書應(yīng)附有“有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)壓痕的位置及所測定的對角線長度的平均值等信息”；標(biāo)準(zhǔn)ISO 6507-3:2018中10.e）和標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23附錄A4“標(biāo)準(zhǔn)維氏和努氏硬度塊的標(biāo)定”中A 4.8.1.1也規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)硬度塊證書應(yīng)附有“每個壓痕的對角線長度的平均值和位置”，。而標(biāo)準(zhǔn)JJG 148—2006的檢定證書中僅提供標(biāo)準(zhǔn)值和均勻度，并沒有“標(biāo)準(zhǔn)壓痕”的規(guī)定，這樣的維氏硬度標(biāo)準(zhǔn)塊就不具備進行壓痕測量裝置的間接檢驗功能，不能滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.1—2024的實施要求。
從標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的檢定/校準(zhǔn)機構(gòu)提供的證書方面來看，附有每個壓痕的對角線尺寸和位置，對日常檢查更方便。在標(biāo)準(zhǔn)塊硬度均勻度方面，不同標(biāo)準(zhǔn)的要求也各有差異。對于以硬度百分比表示的約400 HV1標(biāo)準(zhǔn)塊，我國和ISO標(biāo)準(zhǔn)對其均勻度的要求均為4%，低于標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23的要求（3%）?；谝陨蠈τ捕扔嫼蜆?biāo)準(zhǔn)硬度塊差異的對比分析得出，ASTM標(biāo)準(zhǔn)的要求普遍比ISO標(biāo)準(zhǔn)要高。
1.2 試樣要求
試樣表面制備要求的差異如表4所示。由表4可知：標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23的規(guī)定更具體明確。
1.3 日常（周期性）檢查/期間核查
日常（周期性）檢查/期間核查的主要差異如表5所示。由表5可知：在對壓痕對角線測量系統(tǒng)的日常檢查方面，標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.1—2024和ISO 6507.1:2023有明確要求且具可操作性，標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23無相關(guān)內(nèi)容；在核查記錄方面，日常檢查所測數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)保存一段時間，以便監(jiān)測硬度計的再現(xiàn)性和測量設(shè)備的穩(wěn)定性，標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.1—2024未考慮硬度計的日常性能（再現(xiàn)性）及差異較大情況下測量不確定度貢獻的計算，標(biāo)準(zhǔn)ISO 6507-1:2023附錄D提出了可以適當(dāng)?shù)匕渌淮_定度貢獻中有硬度計日常檢查時的再現(xiàn)性變化，標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23中A1.6.1節(jié)指出，建議保留日常檢查結(jié)果的記錄應(yīng)包括檢查日期、測量結(jié)果、標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的標(biāo)定值、標(biāo)塊識別信息及核查人員姓名等，并規(guī)定了根據(jù)日常檢查所測數(shù)據(jù)，可采用控制圖方法或定量計算硬度計的再現(xiàn)性等多種方式監(jiān)測硬度計的再現(xiàn)性，其附錄X1中給出的硬度測量不確定度計算公式[5]?？梢?，標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23更具可操作性。
1.4 壓痕測量
壓痕測量的差異如表6所示。由表6可知：從壓痕放大倍數(shù)來看，標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23提出了應(yīng)使用可以對完整壓痕成像的最大放大倍數(shù)，并給出了常用物鏡的放大倍數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23推薦的顯微鏡總放大倍數(shù)的選擇如表7所示，顯微鏡總放大倍數(shù)為物鏡放大倍數(shù)乘以目鏡放大倍數(shù)，表中列出了推薦的顯微鏡總放大倍數(shù)為10倍目鏡放大倍數(shù)。因此標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23比標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.1—2024和ISO 6507.1:2023更具可操作性。此外，標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23規(guī)定放大倍數(shù)宜盡可能的放大，直到壓痕長度不宜超過視場寬度的75%（以確保落在物鏡平場內(nèi)），而標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.1—2024和ISO 6507.1:2023的規(guī)定是放大到視場的25%到75%之間即可，由于壓痕圖像被盡量放大，可使壓痕對角線的測量準(zhǔn)確度更高。
2. 結(jié)語
（1） 標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.1—2024和ISO 6507.1:2023對硬度計的要求基本一致，兩者與標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23的要求有差異。對于壓痕測量允許誤差要求，標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23要略高；而對于示值誤差和重復(fù)性要求，在不同的標(biāo)尺或硬度值范圍，三者要求不一致，互有高低。
（2）在試樣要求、壓頭檢查、壓痕放大倍數(shù)選擇、期間核查記錄處理等方面，ASTM標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定更具體且便于操作，這一點對僅使用GB和ISO標(biāo)準(zhǔn)的實驗室也可借鑒。
（3）標(biāo)準(zhǔn)GB 4340.1—2024和ISO 6507-1:2023關(guān)于使用標(biāo)準(zhǔn)塊上壓痕檢查對角線長度測量系統(tǒng)的規(guī)定，在驗證壓痕測量系統(tǒng)有效性的同時，還可修正檢測人員對壓痕尖端“卡線”習(xí)慣帶來的系統(tǒng)誤差，明顯優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)ASTM E92-23。
（4）標(biāo)準(zhǔn)JG 148—2006證書內(nèi)容缺少壓痕對角線長度尺寸，無法滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.1—2024中檢查對角線長度測量系統(tǒng)的要求，同時規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)塊有效期缺乏依據(jù)、也與ISO標(biāo)準(zhǔn)沖突。標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.2—2012和GB/T 4340.3—2012內(nèi)容也有所滯后，無法滿足實際應(yīng)用需求。目前，由全國試驗機標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會歸口管理的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.2—2012和GB/T 4340.3—2012已列入修訂計劃（計劃號：20230594-T-604、20230595-T-604），且已進入標(biāo)準(zhǔn)批準(zhǔn)階段，不日將發(fā)布。為此，建議盡快修訂標(biāo)準(zhǔn)JJG 148—2006或廣泛推廣使用最新的GB/T 4340.3，以滿足維氏硬度試驗的實際應(yīng)用需求。
文章來源——材料與測試網(wǎng)
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