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硬度计- 洛氏硬度计 论文(新国标介绍)

硬度计- 洛氏硬度计 论文(新国标介绍)

 

 
 
 新洛氏硬度计国家标准GB/T230.2 介绍及技术对比分析
马 炜
全国试验机标准化技术委员会,时代集团
    摘要  介绍了从2003年5月1日起开始实施的金属洛氏硬度试验国家标准GB/T230.2-2002;对比分析了新旧国标的技术内容,同时将有关金属洛氏硬度计的欧洲标准BS EN10109-2以及美国标准ASTM E 18一并进行对比分析;明确了新、旧洛氏硬度计国家标准以及与国外标准的差异。
    关键词  金属洛氏硬度试验,标准,硬度计
 
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日我国开始实施2项新的有关金属洛氏硬度试验的标准:GB/T230.2-2002《金属洛氏硬度试验  第2部分:硬度计(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)的检验与校准》、GB/T230.3-2002《金属洛氏硬度试验  第3部分:标准硬度块(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)的标定》。该标准是由国家质量监督检验检疫总局于2002年11月25日发布,并于2003年5月 1日开始实施的。原来相应的国家标准GB/T2848-1992《洛氏硬度计  技术条件》、GB/T3773-1993《表面洛氏硬度计  技术条件》等4项标准同时废止。因此本文就新国标的起草背景、新旧国标(第2部分:硬度计的检验与校准部分)的技术内容进行介绍和对比分析,同时将欧洲标准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)》,以及美国标准ASTM E 18-1994 《Standard Test Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials》的相关内容也一并进行分析,旨在对我国的新、旧洛氏硬度计国家标准差异有明确的分析了解,对我国标准在国际上的技术水平进行有效评估。
 
 
2  洛氏硬度计国家标准的起草背景
    洛氏硬度计新国家标准的制定是在我国加入WTO的大背景下进行的。众所周知,对任何一个国家,标准的制定具有重要的意义:国家标准是提高生产效率,保证产品质量,推进国际贸易,保护消费者权益必不可少的手段和依据。但是各个国家的技术法规和标准各不相同,不同的标准太多或标准的制定和实施不当,将给生产企业和出口商造成困难,甚至成为保护主义的借口,成为国际贸易的障碍,这就是所谓的贸易技术壁垒(TBT)。按照我国加入WTO的TBT协议,积极采用国际标准和国外先进标准是我国一项重要的技术经济政策;我国的标准化工作原则就是积极采用国际标准,与国际标准接轨,方便国际贸易和技术交流。在金属硬度试验标准方面,经“全国试验机标准化技术委员会”与“全国钢标准化技术委员会力学与工艺性能试验分技术委员会”讨论,决定我国的所有硬度试验方面的国家标准在修订时均与国际标准(ISO)一致做相应的调整和修订,并按部分发布。
    本标准是根据原国家机械工业局《2000年机械工业标准制修订项目计划》下达的任务而进行的,标准由全国试验机标准化技术委员会归口,由长春试验机研究所负责,并有时代集团等生产硬度计的主要企业参加起草 。起草工作是在合并修订原多项国家标准基础上,修改采用国际标准ISO6508英文第一版而进行的。
 
3  新旧洛氏硬度计国家标准对比分析
3.1  新标准内涵、层次、结构的调整
    本次洛氏硬度试验国家标准的修订变化是非常大的,技术内容与国际标准ISO6508保持一致,同时较大幅度地调整了结构。按照试验原理,合并了过去洛氏硬度和表面洛氏硬度两个系列的六个标准,在同一个标准号下按部分发布。这与国际标准是一致的,国际标准化组织(ISO)第164技术委员会ISO/TC164近几年来对硬度试验方面的国际标准进行了合并、调整和修订。1999年对有关洛氏硬度的六项单独的国际标准进行了合并修订,并保留了原来洛氏硬度试验方法的国际标准编号ISO6508,重新命名了总的标准名称为“金属材料 洛氏硬度试验”,其下又分为三个部分,见表1。
表1.  洛氏硬度国际标准合并修订情况

原标准号及名称
合并修订后新的国际标准
 
ISO6508:1986 洛氏硬度试验方法
ISO1024:1989 表面洛氏硬度试验方法
ISO716:1986 洛氏硬度计的检验
ISO1079:1989 表面洛氏硬度计的检验
ISO674:1988 标准洛氏硬度块的标定
ISO1355:1989 标准表面洛氏硬度块的标定
 
ISO6508-1:1999金属材料 洛氏硬度试验 第1部分:试验方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)
 
ISO6508-2:1999 金属材料 洛氏硬度试验 第2部分:硬度计(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)的检验与校准
 
ISO6508-3:1999 金属材料 洛氏硬度试验 第3部分:标准硬度块(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)的标定

    本次国家标准的修订保持与ISO标准一致,也进行了大幅度的结构上的合并调整,保留了原来洛氏硬度试验方法的国家标准编号:“GB/T 230”,重新命名了总的标准名称为:“金属洛氏硬度试验”,其下再分为三个部分,见表2。
表2.  洛氏硬度国家标准合并修订情况

原标准号及名称
合并修订后新的国家标准
 
GB/T230-1991    金属洛氏硬度试验方法
GB/T1818-1994  金属表面洛氏硬度试验方法GB/T2848-1992   洛氏硬度计技术条件
GB/T3773-1993   表面洛氏硬度计技术条件
GB/T2850-1992   标准洛氏硬度块
GB/T3774-1993   标准表面洛氏硬度块
 
GB/T230.1-200x 金属洛氏硬度试验  第1部分:试验方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺) 1
 
GB/T230.2-2002 金属洛氏硬度试验  第2部分:硬度计(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)的检验与校准
 
GB/T230.3-2002 金属洛氏硬度试验  第3部分:标准硬度块(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)的标定
注1:本部分正在修订中,尚未发布、实施。

 
    除了上述结构性内容调整外,新国标在层次划分、章条设定、编写方法、技术指标方面与ISO6508完全一致,同时根据GB/T1.1-2000 《标准化工作导则  第1部分:标准的结构和编写规则》对格式进行了重新编排,以符合我国标准的编写规则。
 
3.2  新旧标准技术内容上的差异分析
    本文主要对GB/T230.2部分进行分析,参考对比原国标GB/T2848-1992《洛氏硬度计  技术条件》、GB/T3773-1993《表面洛氏硬度计  技术条件》、欧洲标准BS EN10109-2:1996,以及美国标准ASTM  E 18-1994。由于新国标与ISO6508技术内容上完全一致,因此不再列出ISO6508内容。
3.2.1  标准的适用范围
    新国标GB230.2适用范围扩大,覆盖的标尺有HRA、HRB、HRC、HRD、HRE、HRF、HRG、HRH、HRK、HR15N、HR15T、HR30N、HR30T、HR45N、HR45T共15个。
    这15个标尺在原国标中是分在两个独立的标准中的,GB/T2848覆盖前9个(A~K),GB/T3773覆盖后6个(HR15N~HR45T)。
    另外新标准在适用范围上也适用于便携式硬度计,而GB/T2848、GB/T3773仅适用于固定式洛氏硬度计。
3.2.2  规范性引用文件
    新国标在“规范性引用文件”章中,直接引用了与ISO6508中引用的国际标准相对应的我国国家标准,这些标准均已不同程度地转化成我国国家标准。与原国标有较大差异。
3.2.3  一般要求
    新国标在“一般要求”章中要求:
    a、硬度计安装正确
    b、压头主轴在其导向体中能够滑动
    c、压头柄牢固地安装在主轴孔中
    d、试验力的施加和卸除无冲击和振动,且不影响读数
    e、试样的位移或机架变形不影响读数
    与原国标相比无实质上的差异,最明显的不同是对“机架变形”最大允许量的要求放宽了:新国标规定,测量装置的读数“在硬度计最大主试验力施加前和卸除后,对不带锁紧装置的硬度计二者相差不应超过1.5洛氏单位;对带锁紧装置的硬度计相差不应超过0.5洛氏单位。”
    原国标GB/T2848中这二个指标分别是1.0和0.5洛氏单位;GB/T3773则规定为1.0表面洛氏单位。在欧洲标准BS EN10109中此项规定分别为1.5和0.5洛氏单位;而美国标准ASTM  E 18无定量规定,仅定性规定测量装置的读数应不受机架变形的影响。
 
3.2.4  直接检验
    新标准明确将硬度计的检验分为直接检验和间接检验。直接检验的内容包括:试验力的校准、压头的检验、压痕深度测量装置的校准、试验循环时间的检验,而且建议直接检验温度宜在(23±5℃)进行。直接检验的具体项目有增有删,对项目内容逐项进行对比分析,结果见表3。
 
3.2.5  间接检验
    新标准规定间接检验应在(23±5℃)范围进行,如果超出,应在检验报告中注明。
    新标准规定,“硬度计应对其将使用的每一个标尺进行检验”,并列表给出了每一待检验的标尺的硬度范围。这些范围段与原标准基本相同,只是在具体数值上有微小差异。
    每一个标尺、每一个硬度范围段的允许示值误差和允许示值重复性各标准差异较大,对比分析见表4。
 
3.2.6  试验方法
    原国标GB/T2848、GB/T3774中均单独列出“试验方法”一章,详细规定了试验条件、试验用器具以及每一条检验的具体方法,在新国标中全部取消。在ISO6508、BSEN10109、ASTM E-18中,同样无本章节内容。
    作为国家级标准应规定出基本原则、要求、重要的和必要的方法外,对具体的如何满足原则要求,如何检验,具体的实施方法等不需要列出,这些内容应该由计量部门制定的计量检定规范来规定,有些甚至由企业自己的标准来规定,这也是国际惯例。因此新标准与国际标准保持一致,在本次修订中取消了本章内容,部分必要的技术方法已穿插在上述直接检验和间接检验中有过描述。
 
表3  洛氏硬度计直接检验项目技术指标对比

序号
检验项目
新标准
GB/T230.2
原标准
GB/T2848
GB/T3773
欧洲标准
BS EN10109
美国标准
ASTM E 18
1
初试验力允许误差
±2.0%
±2.0%
±2.0%
±2.0%
2
总试验力允许误差
±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
金刚石
圆锥压头
锥顶0.3mm范围内应抛光,且无缺陷
0.3mm(GB/T2848),或0.2mm(GB/T3773)范围内Ra上限为0.025μm,且无缺陷
锥顶0.3mm范围内应抛光,且无缺陷
0.3mm(洛氏),或0.2mm(表面洛氏)范围内应抛光,且无缺陷
锥顶角(120±0.35)°
锥顶角120°±21′
锥顶角(120±0.35)°
锥顶角(120±0.35)°
圆锥母线直线度
不超过
0.002mm/0.4mm
无规定
圆锥母线直线度
不超过
0.001mm/0.4mm
无规定
锥体轴线与尾柄轴线夹角不超过0.5°
锥体轴线与尾柄轴线夹角不超过0.5°
锥体轴线与尾柄轴线夹角不超过0.5°
锥体轴线与尾柄轴线夹角不超过0.5°
锥顶球面半径允差(0.2±0.01)mm,
每一单次测量应在(0.2±0.015)mm内
锥顶球面半径允差(0.2±0.01)mm,
每一单次测量应在(0.2±0.015)mm内
锥顶球面半径允差(0.2±0.01)mm,
每一单次测量应在(0.2±0.015)mm内
锥顶球面半径允差(0.2±0.01)mm,
每一单次测量应在(0.2±0.015)mm内
综合示值误差不大于±0.8HR,并规定在:
HRC23±3
HRC55±3
HR45N43±3
HR15N91±3
四种不同标尺和硬度水平的硬度块上检验
综合示值误差不大于±0.8HR,未规定进行检验的标尺和硬度水平
综合示值误差不大于±0.8HR,并规定在
HRC20,
HRC55,
HR45N43,
HR15N92,
四种不同标尺和硬度水平的硬度检验
综合示值误差因不同硬度水平而异:
  HRC20-30,  ±1.0
HRC59-65,  ±0.5
HR30N40-50, ±1.0
HR30N75-80, ±0.5
至少选两个进行检验

 
表3(完) 洛氏硬度计直接检验项目技术指标对比

序号
检验项目
新标准
GB/T230.2
原标准
GB/T2848
GB/T3773
欧洲标准
BS EN10109
美国标准
ASTM E 18
4
球压头
钢球或硬质合金球
钢球
钢球
钢球
球应抛光且
无表面缺陷
Ra上限值为0.025μm
钢球应抛光且
无表面缺陷
钢球应抛光且
无表面缺陷
在不少于三个位置
测量,直径允差:
(1.5875±0.0035)mm
(3.175±0.004)mm
直径允差:
(1.5875±0.002)mm
(3.175±0.004)mm
在不少于三个位置
测量,直径允差:
(1.5875±0.0035)mm
(3.175±0.004)mm
在不少于三个位置
测量,直径允差:
(1.5875±0.0025)mm
(3.175±0.0025)mm
无规定
圆度0.002
无规定
无规定
钢球硬度不低于750HV10,
硬质合金球硬度不低于1500HV10
钢球硬度不低于850HV10
钢球硬度不低于850HV10
钢球硬度不低于850HV10
5
压痕深度测量装置
对于A~K标尺准确到±0.001mm
对于N、T标尺准确到±0.0005mm
对于A~K标尺准确到±0.001mm
对于N、T标尺准确到±0.0005mm
对于A~K标尺准确到±0.001mm
对于N、T标尺准确到±0.0005mm
对于A~K标尺准确到±0.001mm
对于N、T标尺准确到±0.0005mm
6
试验循环时间
不确定度在0.5秒以内
无规定
无规定
无规定
7
同轴度
无规定
不大于Φ0.2mm
无规定
无规定
8
垂直度
无规定
不大于0.1/100
无规定
无规定

 
3.2.7  检验周期
    新国标明确规定了直接检验和间接检验的检验周期。直接检验应在以下情况发生时进行:
    a.硬度计安装时或经拆卸并重新装配后或改变位置时。
    b.间接检验结果不合格时。
    c.间接检验时间超过了12个月。
    间接检验周期由硬度计维护水平和使用次数而定,最大不应超过12个月。
    原国标GB/T2848、GB/T3774中无该方面的规定,仅规定了出厂检验和型式检验规则。BSEN10109规定与新国标相同;而ASTM E-18规定与新国标类似,区别仅在于间接检验时间最大不应超过18个月。
 
表4  硬度计允许的示值误差和允许的示值重复性各国标准对比

标尺
标准块的
硬度范围
新标准
GB/T230.2
 原标准
GB/T2848
GB/T3773
欧洲标准
BS EN 10109
美国标准
ASTM E 18
允许
示值误差
允许
示值重复性
允许
示值误差
允许
示值重复性
允许
示值误差
允许
示值重复性
允许
示值误差
允许
示值重复性
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) 硬度计允许的示值误差和允许的示值重复性各国标准对比

标尺
标准块的
硬度范围
新标准
GB/T230.2
原标准
GB/T2848
GB/T3773
欧洲标准
BS EN 10109
美国标准
ASTM E 18
允许
示值误差
允许
示值重复性
允许
示值误差
允许
示值重复性
允许
示值误差
允许
示值重复性
允许
示值误差
允许
示值重复性
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为平均硬度值。
    2  取较大者为准。

 
3.2.8  检验报告和校准证书
    新标准明确规定了检验报告(或)校准证书应包含的内容,BSEN10109和ASTM E-18也有类似规定;原国标GB/T2848、GB/T3774中无规定,该方面的内容为新增加项。
3.2.9  其他
    3.2.9.1  原国标GB/T2848、GB/T3774中还有“成套性”、“标志、包装及随机文件”两章内容,在本次修订后的新标准中全部取消,ISO6508、BSEN10109、ASTM E-18中也都无该两方面内容。一方面这是我国标准与国际标准接轨的结果,另一方面也是作为国家级标准应有的正确定位。国家标准应规定必须的原则、技术指标、技术条件,而产品的成套性诸如配几个附件、配几个硬度块、配什么随机文件,采用什么样的标志,再如产品的名称、型号、铭牌、包装形式等,这些细节的东西完全是硬度计生产企业自主决定,并体现企业自主个性的事项,不宜在国家级标准进行规定,应在企业标准层次体现,这样企业可以更灵活地展现企业特点,去适应国内、国际市场的选择。
    3.2.9.2  新标准增加了规范性附录“硬度计的重复性”,在该附录中以图示方式示出了洛氏硬度(A、B、C、D、E、F、G、H、K)标尺和表面洛氏(N、T)标尺的允许示值重复性。原国标GB/T2848、GB/T3774以及美国标准ASTM E-18无此内容;欧洲标准BSEN有类似附录,具体指标稍有差异。
4  结论
    4.1  新标准在结构上较原标准有很大差异,统一的标准号下包含的内容更丰富、完整、完善,更加利于使用者检索、应用、贯彻标准。
    4.2  新国标与ISO国际标准高度一致,有利于洛氏硬度测量技术水平保持与国际同步,有利于国际上经常进行的硬度国际比对,从而促进学术交流和国际贸易。
    4.3  新旧标准在技术内容和指标要求上有一定程度的变化,需要计量检定部门、硬度计用户单位高度重视,停止原国标的使用,从2003年5月1日起按新标准执行。
    4.4  新标准合并了洛氏、表面洛氏两方面的标准,但国内绝大多数硬度计仍然是洛氏、表面洛氏硬度计分开,目前仅时代集团的TH320等极少数新开发出的机型与新国标完全一致,这一方面与国际上差距较大,有待提高。需要硬度计生产企业加强研发,生产出与国际同步、完全符合新标准的硬度计。
 
参考文献
    1. GB/T230.2-2002《金属洛氏硬度试验  第2部分:硬度计(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)的检验与校准》
    2. GB/T2848-1992《洛氏硬度计  技术条件》
    3. GB/T3773-1993《表面洛氏硬度计  技术条件》
    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. 全国试验机标准化技术委员会秘书处2001年度工作报告

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