CSTM-金屬材料 高溫洛氏硬度試驗(yàn)方法編制說明

《金屬材料高溫洛氏硬度試驗(yàn)方法》

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制說明（征求意見稿）《金屬材料高溫洛氏硬度試驗(yàn)方法》

項(xiàng)目工作組2021年4月《金屬材料高溫洛氏硬度試驗(yàn)方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）一、目的意義高溫硬度測試是指材料的硬度測量在較高的溫度，其性能指標(biāo)對耐高溫材料的開發(fā)十分重要，如高溫軸承、工具鋼，高溫模具鋼等。且隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對金屬材料在高溫環(huán)境下的使用性能也不斷提出了更高的要求，尤其是航空、航天時(shí)代的開啟，以及火箭技術(shù)的飛速發(fā)展，材料高溫性能檢測已被列為了基本檢測之一。可見高溫硬度在諸多材料性能測試中無疑具有非常獨(dú)特和唯一的地位。當(dāng)前已有多類高溫洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)投入市場使用，在測試及標(biāo)準(zhǔn)方面，目前設(shè)備出廠和實(shí)際實(shí)施試驗(yàn)時(shí)的測試標(biāo)準(zhǔn),基本都服從于DINENISO6507標(biāo)準(zhǔn)要求，而根據(jù)前期調(diào)研，我國現(xiàn)行有效的試驗(yàn)方法國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5766-2007、GB/T230.1-2018均只規(guī)定了常溫下的測試要求，并不能完全適用于高溫硬度測試情況。國內(nèi)尤其是金屬材料領(lǐng)域，在高溫洛氏硬度的試驗(yàn)方法上，亟需制定相應(yīng)的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，對材料及產(chǎn)品的高溫動態(tài)硬度質(zhì)量提供評價(jià)保障。因此，標(biāo)準(zhǔn)工作組以規(guī)范金屬材料高溫洛氏硬度測試方法的需求出發(fā)，規(guī)定了金屬材料高溫洛氏硬度和表面高溫洛氏硬度試驗(yàn)的原理、符號及說明、試驗(yàn)設(shè)備、試樣、試驗(yàn)方法及試驗(yàn)報(bào)告等要求。該標(biāo)準(zhǔn)的制定將有利于推動我國金屬材料高溫性能評價(jià)學(xué)科的發(fā)展和耐高溫金屬材料科研領(lǐng)域的進(jìn)步，完善金屬材料高溫洛氏硬度的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和體系，有助于為金屬材料高溫洛氏硬度測試提升效率。二、預(yù)期的社會經(jīng)濟(jì)效益本標(biāo)準(zhǔn)充分考慮了我國金屬材料的制備技術(shù)水平、對高溫洛氏硬度的測試需求、相關(guān)測試設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用情況、試驗(yàn)方法現(xiàn)狀等。在科研領(lǐng)域，本標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施將使金屬材料的高溫洛氏硬度試驗(yàn)方法有標(biāo)準(zhǔn)可查，有據(jù)可依，為研究者進(jìn)行金屬材料高溫性能相關(guān)的試驗(yàn)研究和理論探索提供有效、有力的數(shù)據(jù)支撐保證，促進(jìn)材料學(xué)研究的發(fā)展，為我國提升金屬材料研發(fā)技術(shù)水平保駕護(hù)航。在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，國內(nèi)金屬材料產(chǎn)品涉及的高溫硬度測試年需求近年呈上漲趨勢，若能實(shí)現(xiàn)金屬材料高溫洛氏硬度試驗(yàn)方法在這些產(chǎn)品上的全覆蓋應(yīng)用，將極大地提高本產(chǎn)業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)效率，進(jìn)而提升企業(yè)核心技術(shù)競爭力，并強(qiáng)化經(jīng)營者的自律意識，營造有序、公平的市場環(huán)境，降低因缺乏產(chǎn)品高溫硬度性能標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致產(chǎn)品市場紊亂及連帶經(jīng)濟(jì)損失的風(fēng)險(xiǎn),促進(jìn)金屬材料行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益增長和健康快速發(fā)展。此外，本標(biāo)準(zhǔn)的制定及實(shí)施將有助于我國政府管理部門和金屬材料行業(yè)協(xié)會、社會團(tuán)體構(gòu)建成熟的金屬材料高溫力學(xué)性能評價(jià)體系，質(zhì)量管理體系，對規(guī)范金屬材料行業(yè)的整體研究行為和試驗(yàn)方法、完善我國金屬材料提升我國標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和管理能力很有意義，社會效益顯著。三、工作簡況任務(wù)來源本項(xiàng)目經(jīng)中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會批準(zhǔn)立項(xiàng)（材試標(biāo)字[2021]073號），標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目歸口管理委員會為CSTM/FC99/TC01綜合標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域委員會金屬磨損控制與成型技術(shù)委員會,該標(biāo)準(zhǔn)（中文版）立項(xiàng)編號為：CSTMLX990100694-2021,項(xiàng)目名稱《金屬材料高溫洛氏硬度試驗(yàn)方法》，標(biāo)準(zhǔn)牽頭單位為廣東省科學(xué)院材料與加工研究所。主要工作過程（1）立項(xiàng)階段立項(xiàng)之前，標(biāo)準(zhǔn)起草單位對國內(nèi)的大專院校、科研院所、高溫硬度設(shè)備企業(yè)等單位進(jìn)行了大量調(diào)研，對標(biāo)準(zhǔn)的檢測理論、方法及設(shè)備進(jìn)行了廣泛研究。2020年5月，按照中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會金屬磨損控制與成型技術(shù)委員會的通知，針對《金屬材料高溫洛氏硬度試驗(yàn)方法》的標(biāo)準(zhǔn)制定任務(wù)，廣東省科學(xué)院材料與加工研究所成立了標(biāo)準(zhǔn)起草組，確定了參編單位和人員分工，制定了標(biāo)準(zhǔn)編制計(jì)劃，標(biāo)準(zhǔn)制定正式開始。（2）起草階段2020年5,廣東省科學(xué)院材料與加工研究所標(biāo)準(zhǔn)編制起草小組進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)情況調(diào)研和任務(wù)落實(shí)，完成標(biāo)準(zhǔn)草案的初步修改，并且對外征集參加標(biāo)準(zhǔn)制定意向的單位。2020年7,廣東省科學(xué)院材料與加工研究所標(biāo)準(zhǔn)編制小組討論了標(biāo)準(zhǔn)文本內(nèi)容，討論了試驗(yàn)原理、符號及說明、檢測設(shè)備要求、試樣及檢測方法規(guī)范等問題，并做了修改。2020年9月，編制起草小組經(jīng)過前期技術(shù)驗(yàn)證與理論推導(dǎo)，完善修改標(biāo)準(zhǔn)中的部分參數(shù)，同時(shí)，積極與行業(yè)協(xié)會、團(tuán)體成員單位進(jìn)行研討，明確了各家單位的任務(wù)分工，由廣東省科學(xué)院材料與加工研究所負(fù)責(zé)整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的統(tǒng)籌策劃，標(biāo)準(zhǔn)草案撰寫等，其他幾家單位提供測試樣品，提出修改意見，共同修改完善標(biāo)準(zhǔn)。2021年1月，編制起草小組重點(diǎn)對標(biāo)準(zhǔn)名稱、范圍、試驗(yàn)原理、試樣、試驗(yàn)設(shè)備及儀器、試驗(yàn)方法及步驟、試驗(yàn)結(jié)果處理等部分進(jìn)行了逐句修改。2021年4月，編制起草小組仔細(xì)研討本標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，進(jìn)一步完善了加熱速度、溫度精度及試樣尺寸等的規(guī)范，修正語句表達(dá)、修改完善圖表等，最終確定標(biāo)準(zhǔn)的全部內(nèi)容，形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿。四、標(biāo)準(zhǔn)編制的原則本標(biāo)準(zhǔn)在制定過程中，遵循“面向市場、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時(shí)推出、及時(shí)修訂、不斷完善”的原則，注重標(biāo)準(zhǔn)制定與技術(shù)創(chuàng)新、試驗(yàn)驗(yàn)證、產(chǎn)業(yè)推進(jìn)、應(yīng)用推廣相結(jié)合。本著先進(jìn)性、科學(xué)性、合理性和可操作性以及標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性、適用性、一致性和規(guī)范性的原則來進(jìn)行本標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。本標(biāo)準(zhǔn)在起草過程中主要按GB/TL1-2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分:標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)則》的要求編寫。在確定本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)時(shí)，綜合考慮使用對象的操作能力和試驗(yàn)需求，在確保安全可行的前提下，尋求最大的經(jīng)濟(jì)、社會效益，充分體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)在方法和技術(shù)上的先進(jìn)性和合理性。五、標(biāo)準(zhǔn)編制內(nèi)容說明本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)金屬材料高溫下硬度試驗(yàn)的需求和要求，主要對試驗(yàn)設(shè)備的硬度計(jì)、壓頭、加熱裝置、氣氛室、冷卻系統(tǒng)和還原系統(tǒng)等做了規(guī)范限定，其次，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T230.1-2018,對試樣及相應(yīng)的試驗(yàn)程序在以下幾個(gè)內(nèi)容進(jìn)行了修改和補(bǔ)充：——增加了在特定溫度下測試試樣洛氏硬度的要求?！黾恿嗽谔囟囟认聦Ω邷芈迨嫌捕鹊恼f明?！黾恿思訜岱椒ǖ囊蟆！黾恿嗽谔囟囟认聦υ嚇颖貢r(shí)間的要求?！黾恿烁邷叵聣侯^材質(zhì)的要求。——增加了對試驗(yàn)氣氛保護(hù)環(huán)境的要求。——增加了在特定溫度下硬度測量值數(shù)量的要求。具體如下：范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金屬材料高溫洛氏硬度和表面高溫洛氏硬度試驗(yàn)的原理、符號及說明、試驗(yàn)設(shè)備、試樣、試驗(yàn)方法及試驗(yàn)報(bào)告等要求。規(guī)范性引用文件引用了現(xiàn)行有效標(biāo)準(zhǔn)。原理結(jié)合示意圖概述了高溫洛氏硬度試驗(yàn)的特點(diǎn)與過程，并給出了洛氏硬度的計(jì)算公式。用圖和表的形式分別給出了“高溫洛氏硬度試驗(yàn)原理”和“高溫洛氏硬度標(biāo)尺”并對相關(guān)的符號和縮寫屬于進(jìn)行了說明。高溫洛氏硬度的表示高溫洛氏硬度的表示必須包含硬度值、硬度符號、標(biāo)尺符號、壓頭類型以及測試溫度。5.5試驗(yàn)設(shè)備洛氏硬度計(jì)參照GB/T230.2標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。壓頭參照GB/T230.2標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，并規(guī)定測試溫度超過600C,應(yīng)選用立方氮化硼材質(zhì)的壓頭。553高溫洛氏硬度計(jì)的加熱裝置規(guī)定了洛氏硬度計(jì)的加熱方式,水冷保護(hù)以及高溫試樣所處的氣氛氛圍進(jìn)行了規(guī)范與要求。溫度的允許偏差以列表的形式分溫度段對高溫硬度計(jì)加熱設(shè)備在目標(biāo)溫度下保持穩(wěn)定的允許偏差做出了規(guī)定。溫度測量裝置測溫?zé)犭娕紖⒄認(rèn)JG141,JJG351標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。溫度測量裝置的最低分辨力為1℃,允許誤差應(yīng)在±0.004?！婊颉?℃之內(nèi)（。為設(shè)定的測試溫度），取其大值。測量系統(tǒng)的檢驗(yàn)溫度測量系統(tǒng)應(yīng)在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)周期不超過3個(gè)月。如果溫度測量系統(tǒng)能每天自動標(biāo)定，或過去的連續(xù)檢驗(yàn)已經(jīng)表明無需調(diào)節(jié)測量裝置均能符合本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求,檢驗(yàn)周期可延長，但不得超過12個(gè)月。檢驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)記錄誤差。應(yīng)采用相應(yīng)檢定規(guī)程進(jìn)行檢驗(yàn)。氣氛室對試樣的測試環(huán)境進(jìn)行了規(guī)定：測試試樣需在高純（99.999%）的惰性氣體保護(hù)氛圍中進(jìn)行高溫硬度測試。氣氛室需配有氣體循環(huán)、清洗、凈化功能的裝置，通過連接水氧含量監(jiān)測系統(tǒng)，保證氣氛室內(nèi)氧含量、水含量均小于50Ppm或更好，減少試樣高溫氧化。冷卻系統(tǒng)配置專用水冷系統(tǒng)以保護(hù)硬度計(jì)核心部件。試樣加工對測試試樣的表面狀態(tài)，粗糙度以及加工方式進(jìn)行了具體規(guī)定。試樣尺寸試樣最小厚度參照GB/T230.1的附錄B中的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；對于特別薄的薄板金屬，應(yīng)符合HR30Tsm和HR15Tsm標(biāo)尺的特別要求，按照GB/T230.1中的附錄A執(zhí)行。并根據(jù)高溫硬度設(shè)備的爐膛大小對試樣的最大尺寸進(jìn)行了規(guī)范。對特殊試樣的高溫硬度進(jìn)行了規(guī)范：在凸圓柱面和凸球面上試驗(yàn)時(shí)的高溫洛氏硬度測試時(shí)，必須對測試結(jié)果進(jìn)行修正，其修正方法應(yīng)參照GB/T230.1中附錄E、附錄F執(zhí)行。5.7試驗(yàn)方法試驗(yàn)溫度根據(jù)設(shè)備情況，對高溫硬度測試的溫度范圍進(jìn)行了規(guī)定：試驗(yàn)一般在室溫?1200C下進(jìn)行。加熱速度根據(jù)設(shè)備爐膛大小對加熱速度進(jìn)行了規(guī)范：規(guī)定根據(jù)設(shè)備微型電阻爐爐膛的有效加熱體積V體(立方厘米)，按照以下公式進(jìn)行計(jì)算加熱速度vc(°C/min)：30v——腺保溫時(shí)間為保證特定溫度下試樣受熱均勻，當(dāng)加熱到目標(biāo)溫度并穩(wěn)定后需進(jìn)行保溫處理，至少保溫10min。試樣應(yīng)平穩(wěn)地放在剛性支承物上，并使壓頭軸線與試樣表面垂直，以避免試樣產(chǎn)生位移。對設(shè)備的常溫校準(zhǔn)做出規(guī)范：按照GB/T230.1附錄C和附錄D中的方法執(zhí)行。對測試過程初試驗(yàn)力加載方式和保載時(shí)間做出規(guī)定：使壓頭與試樣表面接觸，無沖擊、振動、擺動和過載地施加初試驗(yàn)力Fo,初試驗(yàn)力保持時(shí)間不應(yīng)超過3s。對手動硬度計(jì)和自動硬度計(jì)的初始壓痕深度測量進(jìn)行了規(guī)范。對主試驗(yàn)力的加載方式以及加載時(shí)間進(jìn)行了規(guī)定：無沖擊、振動、擺動和過載地施加主實(shí)驗(yàn)力Fi，使實(shí)驗(yàn)力從初試驗(yàn)力Fo施加至總試驗(yàn)力F,其主實(shí)驗(yàn)力的加載時(shí)間為1?8So所有HRN和HRT表面高溫洛氏硬度的主實(shí)驗(yàn)力加載時(shí)間不超過4s。對總試驗(yàn)力的保持時(shí)間、卸除主試驗(yàn)力B后以初試驗(yàn)力F。保持時(shí)間進(jìn)行規(guī)范，對總試驗(yàn)力的保持時(shí)間可以超過6s的情況進(jìn)行了特別說明。針對不同的高溫洛氏硬度測試，給出了不同的計(jì)算公式。對凸圓柱面和凸球面上的高溫洛氏硬度測試結(jié)果的數(shù)據(jù)修正做出規(guī)范。對測試過程中硬度計(jì)的狀態(tài)進(jìn)行規(guī)定：硬度計(jì)應(yīng)避免受到?jīng)_擊和振動。對測試過程兩個(gè)測試點(diǎn)之間以及測試點(diǎn)與試樣邊緣的距離進(jìn)行了規(guī)定：兩相鄰壓痕中心之間的距離至少應(yīng)為壓痕直徑的4倍，并且不應(yīng)小于2mm；任一壓痕中心距試樣邊緣的距離至少應(yīng)為壓痕直徑的2.5倍，并且不應(yīng)小于1mm。對測試點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行了規(guī)定。5.8結(jié)果的給出對試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量以及試驗(yàn)報(bào)告的給出做出了具體規(guī)范。六、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）結(jié)果說明本標(biāo)準(zhǔn)廣泛統(tǒng)計(jì)了來自高校、研究院所及企業(yè)用戶等單位詳實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，代表性地分析了東莞理工學(xué)院的硬質(zhì)合金、香港理工大學(xué)制備的高端合金、清華大學(xué)以及上海大學(xué)制備的高溫合金材料等用戶的金屬材料高溫洛氏硬度試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過本標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)獲得的直接數(shù)據(jù)及材料高溫硬度變化趨勢，與理論研究結(jié)論契合。七、與國際、國外標(biāo)準(zhǔn)對比情況金屬材料高溫洛氏硬度試驗(yàn)方法是在室溫洛氏硬度試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，本標(biāo)準(zhǔn)在起草過程中充分參考了現(xiàn)有金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)方法的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T230.1《金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法》、GB/T230.2《金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)第2部分：硬度計(jì)（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標(biāo)尺）的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)》、GB/T230.3《金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)第3部分：標(biāo)準(zhǔn)硬度塊（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標(biāo)尺）的標(biāo)定》等，在這些標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步豐富并發(fā)展了金屬材料高溫洛氏硬度的試驗(yàn)方法及要求。同時(shí)\借鑒了JJG141《工業(yè)用貴金屬熱電偶檢定規(guī)程》，JJG351《工業(yè)用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》進(jìn)一步細(xì)化了加熱裝置等有關(guān)內(nèi)容。現(xiàn)階段現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)中涉及金屬材料高溫硬度試驗(yàn)的方法與評價(jià)準(zhǔn)則的標(biāo)準(zhǔn)未見有發(fā)行。本標(biāo)準(zhǔn)的制定將填