硬度试验操作规程

1、硬度试验作业标准文件编号WLCS-QW-Q-013-2010版 号第 A版 ，第 0 次页 码第 14 頁，共 14 頁文件名称：硬度试验作业标准文件编号：WLCS-QW-Q-013-2010 版 号：A 修 改：0 生效日期：2010年03月10日 编制单位：品管部 编 制： 年 月 日 审 核： 年 月 日 批 准： 年 月 日 发放编号： 受控印章： 目 录1.岗位职责及权限（ 3 ）2.主要设备参数及工装（ 3 ）3.作业流程与操作规程（312） 3.1试验原理（34） 3.2试样要求（45） 3.3压头（ 5 ） 3.4试验力的选择（ 6 ） 3.5试验过程要求（ 6 ） 3.6压痕

2、的位置与测量（67） 3.7硬度计操作规程（ 7 ） 3.8布式硬度计校验（ASTM）（78） 3.9洛氏硬度校验(ASTM) （811） 3.10维式硬度校验（ASTM）（1112） 3.11维护保养（ 12 ）4.相关文件（ 12 ）5.质量记录（1213）6.修订记录（ 13 ）7.附件（ 13 ）1.岗位职责和权限1.1职责1.1.1按力学测试技术标准保质保量完成力学测试任务，认真执行力学测试操作规程。1.1.2提前5分钟到岗，检查物理室仪器设备是否正常。1.1.3坚守工作岗位，不得随便离开，有事应向组长请假。1.1.4认真做好原始记录，对测试结果负责。1.1.5负责提出设备易损件的请

3、购计划，做好仪器的清洁卫生工作，管好、用好各类计量器具，并协助计量室做好仪器设备的定期检定工作。1.1.6有责任接收上级主管的考核与检查。1.1.7努力钻研技术，对工作精益求精，保证试验的准确性。1.2权限1.2.1对试验结果按产品标准的规定，有权作出试验结论。1.2.2对既无产品性能说明，又无技术标准的产品有权拒绝试验。1.2.3有权向主管部门如实反映产品质量情况。1.2.4有权拒绝其它部门人员进入试验室，随便乱开设备，以防设备损坏而影响正常的试验情况。2.主要设备参数及工装 主要设备参数及工装见表1。表1序号名称型号规格精度等级1布洛维光学硬度计HBRV-187.52布洛维光学硬度计69-

4、13.作业流程及操作规程硬度试验按国标GB 230洛氏硬度试验方法、GB 231布氏硬度试验方法或相应的产品标准进行试验。硬度试验在布洛维光学硬度计上进行。 3.1试验原理 3.1.1布式硬度用一定的载荷F，把直径为D的硬质合金球压入被测金属表面，保持一定时间后卸载荷。根据金属表面的压痕曲面面积S除以载荷F所得的商作为布氏硬度值，其符号用HBW表示。布氏硬度适用于硬度不大于650HBW的材料。式中：F-载荷kgf、D-硬质合金球直径mm、d-压痕直径mm。符号HBW前的数字为硬度值，符号后按abc（a-球体直径，mm；b-试验力，kgf；c-试验力保持时间，s,其中10-15s不标注）顺序用数

5、值表示试验条件。如600HBW 1/30/20表示用直径1mm硬质合金球在30kgf（294.2N）试验力作用下保持20s测得布氏硬度值为600。只有在用10mm硬质合金球，3000kgf试验力，加载1015s的试验条件下获得的硬度值才能只简单的用HBW表示。3.1.2洛氏硬度用压头锥度为120°的金钢石圆锥或直径为1.588mm的钢球，载荷分两次施加。、先加初载荷F0，将压头压入试样表面，保持一定时间，增加载荷F1使总载荷达到F，保持一定时间后卸除载荷F1，测量两次初载荷作用下的压痕深度差h。用金刚石圆锥压头用球形压头式中，h单位为mm。洛氏硬度共15种标尺，常用的有A、B、C三种

6、标尺。A、C标尺洛氏硬度用硬度值、符号HR和使用的标尺字母表示，如59HRC，表示用C标尺测得的洛氏硬度值为59。B标尺洛氏硬度用硬度值、符号HR、使用的标尺和球压头代号（钢球为S，硬质合金球为W）表示，如60HRBW表示用硬质合金球压头在B标尺上测得的洛氏硬度值为60。3.1.3维式硬度 将顶部两向对面具有规定角度的正四棱锥体金刚石压头用试验力压入试样表面，保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角线长度。维式硬度值是试验力除以压痕表面积所得的商。式中，P-载荷kgf，d-压痕平均对角线长度，-金刚石锥角，136°。维式硬度用符号HV 表示，符号之前为硬度值，符号之后为试验载

7、荷，若加载时间不是1015s，则应在后面加注加载时间，如440HV30表示试验力为30kgf，保持1015s，测得的维式硬度值为440；440HV30/20表示，试验力为30kgf，保持20s，测得的维式硬度值为440.3.2试样要求3.2.1试样的制取和验收按相应的产品标准规定进行，试样尺寸偏差不得超过标准允许范围。根据检测委托单验收试样的钢种、炉号、检测内容，填写台帐并做好原始记录。3.2.2试样表面应光滑平整，不应有氧化铁皮、锈蚀、裂纹及外界污物，尤其不能有油脂，试样表面应能保证压痕直径的精确测量，并且上下表面应平行。制备试样时，应防止过热或冷加工变形。试样厚度应足够大，确保试验后试样的

8、背面不出现凸起变形，裂纹等。3.2.3维式硬度试验时，试样表面应能使压痕对角线的测量精确到±0.0005mm或±0.5%，两者中取较大值。加工试样时建议根据材料特性采用抛光、电解抛光工艺。3.2.4相关标准对试样的要求见表2。表2GBASTM试样尺寸布式试样厚度至少为压痕深度的8倍。试样宽度满足以下条件：任一压痕中心距试样边缘的距离至少为压痕平均直径的2.5倍。 两相邻压痕中心间距离至少为压痕平均直径的3倍。试样厚度至少为压痕深度的10倍。试样宽度满足以下条件：压痕中心距试样边缘或的距离至少为平均压痕直径的2.5倍。两相邻压痕中心间距离至少为平均压痕平直径的3倍。 洛氏采用

9、金刚石圆锥压头，试样厚度不下于残余压痕深度的10倍，采用球压头进行试验，试样厚度不小于残余压痕深度的15倍。试样厚度至少为压痕深度的10倍。维式试样厚度至少为压痕对角线长度的1.5倍同GB显微维式试样表面粗糙度布式不大于1.6m。洛氏建议不大于0.8m。维式不大于0.4m显微维式不大于0.1m3.3压头3.3.1布式 压头表面应被抛光过，无表面缺陷。GB布式硬度试验采用硬质合金球作为压头，布氏硬度值用HBW表示。试样的尺寸允许时，优先采用直径为10mm的压头。ASTM在ASTM E10-01以前的标准中，可采用钢球压头测硬度值小于450的材料，用HB或HBS 表示。在ASTM E10-01及以

10、后的版本中，钢球压头的使用已经去掉，压头为硬质合金球，测量硬度值小于650的材料，布式硬度用符号HBW表示。一般采用压头直径为10mm，偏差在0.005mm之内，也可采用较小直径的压头，压头直径偏差见表3。表3 压头直径，mm允许偏差，mm10±0.0055±0.0042.5±0.0031±0.0033.3.2洛氏A、C两种标尺用金刚石圆锥压头，读标尺上的RA刻度值；GB中B标尺用直径1.5875mm的钢球或硬质合金球压头，ASTM中B标尺用直径1.588mm的硬质合金球压头，读标尺上的RB刻度值。GBA标尺使用范围：20HRA88HRA;B标尺适用范围

11、：20HRB100HRB;C标尺适用范围:20HRC70HRC。金刚石圆锥压头锥角为120°，顶部曲率半径为0.2mm。钢球或硬质合金球压头的直径为1.5875mm，直径的允许偏差为±0.0035。采用A、C标尺时，金刚石圆锥的顶角应为（120±0.35）°。ASTMA标尺有效测量范围为20HRA92HRA;B标尺有效测量范围为0HRBW 100HRBW，C标尺有效测量范围为20HRC70HRC。洛氏硬度压头为金刚石圆锥压头或硬质合金球。3.3.3维式 GB采用136°±30min的正四棱锥体金刚石压头， ASTM采用金刚石四棱锥压头

12、，锥角为136°±30min。3.4试验力的选择3.4.1布式试验力的选择应保证压痕直径为压头直径的2460%之间。一般试验力保持1015s。对于一种材料，应选用同一个试验力，避免因试验力不同造成试验结果不同，选用的试验力在试验报告中注明。3.4.2洛氏： 试验力的选择见表4 。表4标准洛氏硬度标尺初试验力F0主试验力F1总试验力FGBA98.07 N490.3 N588.4NB98.07 N882.6N980.7NC98.07 N1373N1471NASTMA10kgf60kgfB10kgf100kgfC10kgf150kgf3.4.3维式ASTM：试验力在1kgf至12

13、0kgf之间，显微维式试验力0.001kgf1kgf之间。试验力一般维持1015，显微维式试验时间偏差为±2s。GB：试验力的选择见表5。表5实验名称硬度符号试验力范围，N维式硬度试验HV5F49.03小负荷维式硬度试验HV0.2HV51.961F49.03显微维式硬度试验HV0.01HV0.20.09807F1.961 3.5试验过程要求3.5.1试验应在10-35温度下进行，在每次更换压头、试台或支座后及进行大批试样试验前，均应按照相关标准对硬度计进行日常检查。3.5.2试验时试样的表面、支承面、试样表面及压头表面应清洁，试样应稳固的放在试验台上，保证试验程序中不产生位移和变形，

14、并保证载荷作用力与试验面垂直，且试验程序中试验仪器不得受到任何振动或冲击，应平稳均匀的施加载荷，不得有跳动或冲击。在施加载荷完后，总载荷的保持时间应以示值指计基本停止移动为止。保持时间的要求：对于加荷后不随时间继续变形的试样保持时间为S2s，对于加载后随时间缓慢变形的试样保持时间应为6-8s，对于加载后随时间明显变形的试样保持时间为20-25s。3.6压痕的位置与测量3.6.1布式 GB在两相互垂直方向测压痕直径，取其平均值。任一压痕中心距试样边缘的距离至少为压痕平均直径的2.5倍。两相邻压痕中心间距至少为压痕平均直径的3倍。ASTM在两相互垂直方向测压痕直径，直接读取到0.1mm，估读到0.

15、05mm，取两测量值的平均值，精确到0.05mm。若两直径相差大于0.1mm，按产品标准进行处理，决定是否废弃此读数，重新打点。压痕中心至试样边缘和另一压痕边缘的距离至少为压痕直径的2.5倍，试样表面与加载力方向之间的角度为90±2。3.6.2洛氏 GB每个试样上的试验点不少于4个，第一点不记。两压痕中心间的距离至少为压痕直径的4倍，且不应小于4mm。任一压痕中心距试样边缘的距离至少为压痕直径的2.5倍，且不应小于2mm。ASTM两相邻压痕的中心距离至少为压痕直径的3倍。压痕中心距试样边缘距离至少为压痕直径的2.5倍。3.6.3维式GB一般，每个试样报出3个点的硬度测试值。显微维式硬

16、度试验，压头下降速率不超过0.2mm/s.任一压痕中心距试样边缘距离至少为压痕对角线长度的2.5倍，两压痕中心之间的距离至少为压痕对角线长度的3倍。压痕两对角线长度之差不超过对角线平均值的5%，如超过5%，在试验报告中说明。ASTM测量压痕的两条对角线，取其平均值。若两条对角线长度有差异，则调整试样，使压痕两条对角线长度近似相等。压痕中心与试样边缘或另一压痕的边缘的距离至少为压痕对角线的2.5倍。 3.7硬度计操作规程3.7.1将机身后端电源插头接上电源后，打开机身右侧下方的光源开关，使在投影屏上能看到清晰的影像。3.7.2 根据试验要求选用压头，安装时应使压头的肩部与主轴端面紧密接触，然后适

17、当拧紧紧固螺钉。3.7.3 根据试验需要选择试验力，转动机身右侧的变换旋钮使所需试验力对正标记。3.7.4 将手柄推向后方，将试样放在试台上，转动手轮使试样的试面与压头接触，继续缓慢转动手轮，使试样继续升高。3.7.5 旋转投影屏下的调整旋钮，使分划板上的刻度“100”与投影屏基线重合。3.7.6 拉动手柄，则主试验力缓慢施加在试样上，投影屏上的刻线慢慢回行而停止在一定位置。3.7.7 将手柄推向后方，使主试验力卸除，此时投影屏上基线对准标尺的数位，即为洛氏硬度值。3.7.8 降下试台取出试样。3.7.9 测量布氏或维氏硬度时，操作方法同上。但取下试样后必须用读数显微镜测量压痕的直径（布氏法）

18、或对角线的长度（维氏法），再在相应硬度对照表中查出硬度值。3.7.10更换试台时，须将丝杆降低，并注意避免碰坏压头。3.7.11整个试验期间，硬度计不应受到影响试样结果的冲击和震动。 3.7.12每次改变、移动或替换压头、跕座之后，至少压两个压痕来确定压头与跕座装配合适。3.8布式硬度计校验（ASTM）在仪器校验前应保证：a.硬度计安装正确；b.压头主轴在其导向体中能够自由滑动；c.压头柄牢固的安装在主轴孔中；d.试验力的施加和卸除无冲击或振动，且不影响读数；e.测量用试验力的改变不影响读数；f.照明方法不影响读数；g.压痕中心在视场中心。校验方法有两种。直接校准和间接校准。直接校验：分别校验

19、加载力，压头和测量压痕的测量装置。间接校验：通过标准试验块校验方法来校验。新仪器或重新组装的仪器应进行直接校验，常规试验用仪器可用任一种校验方法。3.8.1直接校验3.8.1.1试验力校验硬度计校验时采用试验用的加载力。采用ASTM E4中的方法定期对试验力进行校验，每个试验力测量3次，当试验力偏差不超过±1%时，硬度计可以使用。3.8.1.2压头校验在硬度最小为1500HV10的全新硬质合金球中随机取一个，合金球的直径应至少在3个不同的位置测取，读数的平均值与名义直径的偏差应该符合表3的要求。3.8.1.3压痕直径测量装置的校验压痕直径的测量装置应在其工作量程的5个区间，通过精确的

20、标尺，如台式测微计来进行校验，调整装置，使其在整个量程范围内与测微计的标尺刻度差不超过0.01mm。3.8.2间接校验标准块应在经过直接校验的布式硬度计上进行校验，控制加载力的装置应该保证压头与试样的接触速度和压入速度不超过1mm/s。试验力与规定值相差不超过0.25%。加载时间为1015s。硬度计应该分别在各个试验力和各个尺寸的压头下进行校验。对各个试验力，按ASTM E10 15.2.3选择合适的标准块，压头采用硬质合金球。在标准试验块上至少压5个均匀分布的点，压痕的平均直径按从小到大递增的顺序排列，用d1，d2，dn表示，特定条件下硬度计的重复性为：dn-d1，若满足表6的要求，则硬度计

21、重复性校验合格。特定校验条件下硬度计的误差为其中， H1,H2,，Hn=对应于d1，d2，dn的硬度值，H=标准块的规定硬度值。若测得的平均硬度值与标准块的布式硬度值偏差不超过3%，则硬度计可以使用。表6 硬度计的重复性HBW标准块的硬度硬度计的重复性HBWHH1-H5, max2252250.040.02100200300400500600917121720243.8.3日常校验方法 ASTM采用平时试验时所用的试验力，压头和测量装置，在标准硬度块上至少压2个点，测量的平均硬度值与标准块的硬度值的偏差不超过3%，则认为硬度计合格。GB预压两个压痕以保证试样和压头处于稳定状态，预测的数据不应使

22、用。在标准硬度块上至少压出一个压痕，选择的标准块硬度值应与实验材料的硬度接近，如果硬度读数的平均值与标准块硬度值之差在GB/T 231.2表2中规定的范围之内，则认为硬度计合格，如果超差，应进行直接检验。3.9洛氏硬度校验（ASTM）直接校验实验仪器是新的，或有可能影响试验力、深度测量装置、仪器滞后的调整时采用。 间接校验一般每12月1次，或更频繁，周期不能超过18个月，仪器安装或移动之后，进行间接校验。对于试验前移动不影响试验结果的仪器，不用校验。日常校准压头，支撑台或试验力有改变时。3.9.1直接校验试验力校验用精度至少为0.25%的弹性力测量装置测量试验力（初始加载力，总的试验力，弹性恢

23、复阶段的初始加载力）。在试验状态下测量各个力，每个力测量三个数值，初始加载力和总试验力的偏差应符合表7。三个力的测量数值的范围（最大值减去最小值）应该在表7中偏差的75%之内。表7压痕深度测量装置应由精度至少为0.002mm的仪器校验。将测量装置的正常工作深度范围至少分成4个均匀递增的部分来进行校验，正常工作深度范围对应于洛氏标尺测量硬度值的最大最小值。压痕深度测量装置的应精确±0.001mm，相当于0.5个单位硬度。 仪器滞后作用的校准将钝的压头或压头夹持件直接压在支撑台或者非常硬的试样上，试验在标准试验中的最大试验力下进行。滞后校准可进行最多10次， 取最后3次的平均值，采用B,

24、E,F,G,H标尺时，平均硬度值应为130±1.0；采用其它标尺时，平均硬度值应为100±1.0。 若直接校准失败，不能满足规定的要求，则调整或修理后，仪器才可以使用。 直接校验成功后进行间接校验。3.9.2间接校验 间接校验在直接校验后进行。硬度计安装或移动后，应进行间接校验。间接校验前应对采用某一标尺的硬度计进行校准，并确保硬度计是空载，压头和支撑台安装正确，在合适的试样表面至少预压两个压痕以保证压头和支撑台处于稳定状态，预测的数据不予以使用。试验循环时间与使用者通常采用的时间相同。 3.9.2.1压头的校验校验机构应由国际试验鉴定协会认可的鉴定机构按ISO 17025

25、（或类似的标准）进行认证。校验实验室应有鉴定压头等级与种类的资格认证。1)球压头从全新的合金球压头中随机取一个（或怀疑有损坏的压头），压头的平均表面粗糙度不能超过0.00005mm，合金球的直径应至少在3个位置测量，测量值与名义直径的偏差不大于0.001mm。合金球按试验方法E92或E384测出的硬度不小于1500HV1。硬质合金球的密度为14.8±0.2g/cm3。为满足以上要求，实验室可以自己校验或从压头生产商那里获得合格证书。压头夹持件的硬度最小为25HRC，球压头从夹持件向外突出至少0.3mm，可以直接测量，也可按表8试验循环时间，采用硬度小于10HRBW的标准块做HRBW硬

26、度试验，若测得的硬度值与标准块的名义硬度值偏差±1.5HRBW之内，则说明压头向外突出量足够。表8试验循环时间参数 允许偏差 压头接触速度 1.0mm/s 初始试验力保持时间 3.0±1.0s 附加试验力加载时间 1.08.0s 总试验力保持时间 5.0±1.0s 弹性恢复时间 4.0±1.0s 每个标尺的每个硬度范围都应进行重复性和误差的校验。在标准块上，至少压3个均匀分布的点，测量硬度计的重复性R和误差E，满足表9，则说明压头夹持件的校验合格。表9标准试验块的范围 最大重复性，R 最大误差，EHRA 2065 2.0 ±1.0 7078 1

27、.5 ±1.0 8084 1.0 ±0.5 HRBW 4059 2.0 ±1.5 6079 1.5 ±1.0 80100 1.5 ±1.0HRC 2030 2.0 ±1.0 3555 1.5 ±1.0 6065 1.0 ±0.5误差的计算公式为；平均值为一组（n个）硬度测量值的平均值，HSTD为标准块的标定硬度。重复性R=HmaxHmin，Hmax为该组硬度值中最高硬度，Hmin为该组硬度值中最低硬度。2）金刚石圆锥压头金刚石圆锥压头的抛光部分在20倍放大镜下观察应无表面缺陷，压头抛光程度应达到一定程度使压头压入深

28、度达0.3mm时，压头未抛光部分不能与试样表面接触。压头的形状可通过直接测量或通过其在投影屏上的投影进行检验，测量应至少在4个等间隔的截面进行。金刚石压头的圆锥角为120±0.35°，其端部为球形，半径为0.2±0.01mm，在每个检验区，端部半径应为0.2±0.015mm，实际半径的局部偏差不超过0.002mm。圆锥和球形端部应在相切方向连接。若采用投影的方法，可以将金刚石圆锥的轮廓与屏幕上表明尺寸允许偏差的轮廓线比较，不必测量几何形状。在试样表面预压压痕时，采用150kgf的总试验力或压头能承受的最大力。每次更换压头后都要在试样表面进行预压。选择标尺

29、和试验力，在标准块表面预压至少2个压痕，预测值不记。对每一标准块，用校准好的压头压出至少3个点，记下压痕的位置与硬度值，几个压痕的平均硬度值用表示，同样方法，用被检压头在同一标准块压至少3个压痕，几个压痕的平均硬度值用表示，用被检压头与用标准压头压出的压痕宜时相邻的，距离不超过6mm， 应满足表10要求。表10标准块范围 2028HRC ±0.8HRC 6065HRC ±0.4HRC 3.9.2.2间接校验步骤对于每一标尺，应从表10中的不同硬度范围内各选取一个标准块来进行校，验，在每一个标准块上至少打5个均匀分布的点，计算其重复性与误差，其数值应满足表9的要求。 3.9.

30、3日常校验 日常校验所用压头为平时试验用压头，校验前应确保硬度计为空载，压头和支撑台安装正确。在合适的试样表面至少预压2个压痕，预测结果不计。在每个日常校验试验块上至少打2个点，这些点应均匀分布。按3.9.2.1中的公式计算重复性R和误差E，若其符合表9的要求，则认为硬度计和压头合格。若硬度计校验不合格，则换一压头重新校验，仍不合格，则进行间接校验，上次日常校验合格后做的最后一次硬度试验结果应判疑。 3.10维式硬度校验（ASTM） 校验方法有两种，一种是分别对试验力，压头和测量压痕用显微镜进行校验，此法适用于新仪器或重新组装过的仪器；另一种时通过标准试验块进行校验，此方法适用于使用中的仪器。

31、在仪器校验前应保证：a.硬度计安装正确；b.压头主轴在其导向体中能够自由滑动；c.压头柄牢固的安装在主轴孔中；d.试验力的施加和卸除无冲击或振动，且不影响读数；e.测量用试验力的改变不影响读数；f.照明方法不影响读数；g.压痕中心在视场中心。3.10.1直接校验加载力校验加载装置的精度为0.2%，校验应在包括规定试验力在内的至少3个试验力下进行。对于每个试验力，最少读3个读数。若在某一加载力范围内，仪器的误差不超过±1%，则硬度计可用。压头校验压头的形状可通过直接测量或通过测量其在投影屏上的投影进行检验。椎体的向对面夹角为136°±30min。椎体的四个面与椎体轴

32、线之间的夹角相等，偏差不应超过30min。对于实验室或常规试验，压头的四个面相交于长度不超过0.001mm的一点，如图1；对于校准标准试验块，压头的四个面相交于长度不超过0.0005mm的一点。图 1测量压痕用显微镜的校准测量压痕对角线的显微镜或其它装置应以精确的直尺为参照进行校准。直尺的误差不超过0.05µm或任一刻度间隔的0.05%，取较大值。在测量显微镜的误差不超过±0.5%。3.10.2通过标准试验块进行校验 用规定的试验力在至少3个不同硬度的标准块上压点，每个试验块最少压5个点，试验力保持12s，每个标准块上，测量压痕的两条对角线，取其算数平均值，将压痕的对角线平均值按从小到大的递增顺序排列，用d1，d2，d5表示，重复性用d5d