CSTM-金属材料 高温洛氏硬度试验方法编制说明

《金属材料高温洛氏硬度试验方法》

团体标准编制说明（征求意见稿）《金属材料高温洛氏硬度试验方法》

项目工作组2021年4月《金属材料高温洛氏硬度试验方法》团体标准（征求意见稿）一、目的意义高温硬度测试是指材料的硬度测量在较高的温度，其性能指标对耐高温材料的开发十分重要，如高温轴承、工具钢，高温模具钢等。且随着工业技术的发展，对金属材料在高温环境下的使用性能也不断提出了更高的要求，尤其是航空、航天时代的开启，以及火箭技术的飞速发展，材料高温性能检测已被列为了基本检测之一。可见高温硬度在诸多材料性能测试中无疑具有非常独特和唯一的地位。当前已有多类高温洛氏硬度试验机投入市场使用，在测试及标准方面，目前设备出厂和实际实施试验时的测试标准,基本都服从于DINENISO6507标准要求，而根据前期调研，我国现行有效的试验方法国家标准GB/T5766-2007、GB/T230.1-2018均只规定了常温下的测试要求，并不能完全适用于高温硬度测试情况。国内尤其是金属材料领域，在高温洛氏硬度的试验方法上，亟需制定相应的试验方法标准，对材料及产品的高温动态硬度质量提供评价保障。因此，标准工作组以规范金属材料高温洛氏硬度测试方法的需求出发，规定了金属材料高温洛氏硬度和表面高温洛氏硬度试验的原理、符号及说明、试验设备、试样、试验方法及试验报告等要求。该标准的制定将有利于推动我国金属材料高温性能评价学科的发展和耐高温金属材料科研领域的进步，完善金属材料高温洛氏硬度的评价标准和体系，有助于为金属材料高温洛氏硬度测试提升效率。二、预期的社会经济效益本标准充分考虑了我国金属材料的制备技术水平、对高温洛氏硬度的测试需求、相关测试设备的开发应用情况、试验方法现状等。在科研领域，本标准的颁布实施将使金属材料的高温洛氏硬度试验方法有标准可查，有据可依，为研究者进行金属材料高温性能相关的试验研究和理论探索提供有效、有力的数据支撑保证，促进材料学研究的发展，为我国提升金属材料研发技术水平保驾护航。在产业应用方面，国内金属材料产品涉及的高温硬度测试年需求近年呈上涨趋势，若能实现金属材料高温洛氏硬度试验方法在这些产品上的全覆盖应用，将极大地提高本产业的新产品开发效率，进而提升企业核心技术竞争力，并强化经营者的自律意识，营造有序、公平的市场环境，降低因缺乏产品高温硬度性能标准导致产品市场紊乱及连带经济损失的风险,促进金属材料行业的经济效益增长和健康快速发展。此外，本标准的制定及实施将有助于我国政府管理部门和金属材料行业协会、社会团体构建成熟的金属材料高温力学性能评价体系，质量管理体系，对规范金属材料行业的整体研究行为和试验方法、完善我国金属材料提升我国标准建设和管理能力很有意义，社会效益显著。三、工作简况任务来源本项目经中国材料与试验团体标准委员会批准立项（材试标字[2021]073号），标准项目归口管理委员会为CSTM/FC99/TC01综合标准领域委员会金属磨损控制与成型技术委员会,该标准（中文版）立项编号为：CSTMLX990100694-2021,项目名称《金属材料高温洛氏硬度试验方法》，标准牵头单位为广东省科学院材料与加工研究所。主要工作过程（1）立项阶段立项之前，标准起草单位对国内的大专院校、科研院所、高温硬度设备企业等单位进行了大量调研，对标准的检测理论、方法及设备进行了广泛研究。2020年5月，按照中国材料与试验团体标准委员会金属磨损控制与成型技术委员会的通知，针对《金属材料高温洛氏硬度试验方法》的标准制定任务，广东省科学院材料与加工研究所成立了标准起草组，确定了参编单位和人员分工，制定了标准编制计划，标准制定正式开始。（2）起草阶段2020年5,广东省科学院材料与加工研究所标准编制起草小组进行标准情况调研和任务落实，完成标准草案的初步修改，并且对外征集参加标准制定意向的单位。2020年7,广东省科学院材料与加工研究所标准编制小组讨论了标准文本内容，讨论了试验原理、符号及说明、检测设备要求、试样及检测方法规范等问题，并做了修改。2020年9月，编制起草小组经过前期技术验证与理论推导，完善修改标准中的部分参数，同时，积极与行业协会、团体成员单位进行研讨，明确了各家单位的任务分工，由广东省科学院材料与加工研究所负责整个标准项目的统筹策划，标准草案撰写等，其他几家单位提供测试样品，提出修改意见，共同修改完善标准。2021年1月，编制起草小组重点对标准名称、范围、试验原理、试样、试验设备及仪器、试验方法及步骤、试验结果处理等部分进行了逐句修改。2021年4月，编制起草小组仔细研讨本标准的内容，进一步完善了加热速度、温度精度及试样尺寸等的规范，修正语句表达、修改完善图表等，最终确定标准的全部内容，形成了标准征求意见稿。四、标准编制的原则本标准在制定过程中，遵循“面向市场、服务产业、自主制定、适时推出、及时修订、不断完善”的原则，注重标准制定与技术创新、试验验证、产业推进、应用推广相结合。本着先进性、科学性、合理性和可操作性以及标准的协调性、适用性、一致性和规范性的原则来进行本标准的制定工作。本标准在起草过程中主要按GB/TL1-2009《标准化工作导则第1部分:标准的结构和编写规则》的要求编写。在确定本标准主要技术指标时，综合考虑使用对象的操作能力和试验需求，在确保安全可行的前提下，寻求最大的经济、社会效益，充分体现了标准在方法和技术上的先进性和合理性。五、标准编制内容说明本标准根据金属材料高温下硬度试验的需求和要求，主要对试验设备的硬度计、压头、加热装置、气氛室、冷却系统和还原系统等做了规范限定，其次，根据国家标准GB/T230.1-2018,对试样及相应的试验程序在以下几个内容进行了修改和补充：——增加了在特定温度下测试试样洛氏硬度的要求。——增加了在特定温度下对高温洛氏硬度的说明。——增加了加热方法的要求。——增加了在特定温度下对试样保温时间的要求。——增加了高温下压头材质的要求。——增加了对试验气氛保护环境的要求。——增加了在特定温度下硬度测量值数量的要求。具体如下：范围本标准规定了金属材料高温洛氏硬度和表面高温洛氏硬度试验的原理、符号及说明、试验设备、试样、试验方法及试验报告等要求。规范性引用文件引用了现行有效标准。原理结合示意图概述了高温洛氏硬度试验的特点与过程，并给出了洛氏硬度的计算公式。用图和表的形式分别给出了“高温洛氏硬度试验原理”和“高温洛氏硬度标尺”并对相关的符号和缩写属于进行了说明。高温洛氏硬度的表示高温洛氏硬度的表示必须包含硬度值、硬度符号、标尺符号、压头类型以及测试温度。5.5试验设备洛氏硬度计参照GB/T230.2标准执行。压头参照GB/T230.2标准执行，并规定测试温度超过600C,应选用立方氮化硼材质的压头。553高温洛氏硬度计的加热装置规定了洛氏硬度计的加热方式,水冷保护以及高温试样所处的气氛氛围进行了规范与要求。温度的允许偏差以列表的形式分温度段对高温硬度计加热设备在目标温度下保持稳定的允许偏差做出了规定。温度测量装置测温热电偶参照JJG141,JJG351标准执行。温度测量装置的最低分辨力为1℃,允许误差应在±0.004。℃或±2℃之内（。为设定的测试温度），取其大值。测量系统的检验温度测量系统应在试验温度范围内检验，检验周期不超过3个月。如果温度测量系统能每天自动标定，或过去的连续检验已经表明无需调节测量装置均能符合本标准的规定要求,检验周期可延长，但不得超过12个月。检验报告中应记录误差。应采用相应检定规程进行检验。气氛室对试样的测试环境进行了规定：测试试样需在高纯（99.999%）的惰性气体保护氛围中进行高温硬度测试。气氛室需配有气体循环、清洗、净化功能的装置，通过连接水氧含量监测系统，保证气氛室内氧含量、水含量均小于50Ppm或更好，减少试样高温氧化。冷却系统配置专用水冷系统以保护硬度计核心部件。试样加工对测试试样的表面状态，粗糙度以及加工方式进行了具体规定。试样尺寸试样最小厚度参照GB/T230.1的附录B中的标准执行；对于特别薄的薄板金属，应符合HR30Tsm和HR15Tsm标尺的特别要求，按照GB/T230.1中的附录A执行。并根据高温硬度设备的炉膛大小对试样的最大尺寸进行了规范。对特殊试样的高温硬度进行了规范：在凸圆柱面和凸球面上试验时的高温洛氏硬度测试时，必须对测试结果进行修正，其修正方法应参照GB/T230.1中附录E、附录F执行。5.7试验方法试验温度根据设备情况，对高温硬度测试的温度范围进行了规定：试验一般在室温〜1200C下进行。加热速度根据设备炉膛大小对加热速度进行了规范：规定根据设备微型电阻炉炉膛的有效加热体积V体(立方厘米)，按照以下公式进行计算加热速度vc(°C/min)：30v——腺保温时间为保证特定温度下试样受热均匀，当加热到目标温度并稳定后需进行保温处理，至少保温10min。试样应平稳地放在刚性支承物上，并使压头轴线与试样表面垂直，以避免试样产生位移。对设备的常温校准做出规范：按照GB/T230.1附录C和附录D中的方法执行。对测试过程初试验力加载方式和保载时间做出规定：使压头与试样表面接触，无冲击、振动、摆动和过载地施加初试验力Fo,初试验力保持时间不应超过3s。对手动硬度计和自动硬度计的初始压痕深度测量进行了规范。对主试验力的加载方式以及加载时间进行了规定：无冲击、振动、摆动和过载地施加主实验力Fi，使实验力从初试验力Fo施加至总试验力F,其主实验力的加载时间为1〜8So所有HRN和HRT表面高温洛氏硬度的主实验力加载时间不超过4s。对总试验力的保持时间、卸除主试验力B后以初试验力F。保持时间进行规范，对总试验力的保持时间可以超过6s的情况进行了特别说明。针对不同的高温洛氏硬度测试，给出了不同的计算公式。对凸圆柱面和凸球面上的高温洛氏硬度测试结果的数据修正做出规范。对测试过程中硬度计的状态进行规定：硬度计应避免受到冲击和振动。对测试过程两个测试点之间以及测试点与试样边缘的距离进行了规定：两相邻压痕中心之间的距离至少应为压痕直径的4倍，并且不应小于2mm；任一压痕中心距试样边缘的距离至少应为压痕直径的2.5倍，并且不应小于1mm。对测试点数量进行了规定。5.8结果的给出对试验点的数量以及试验报告的给出做出了具体规范。六、主要试验（或验证）结果说明本标准广泛统计了来自高校、研究院所及企业用户等单位详实的试验数据，代表性地分析了东莞理工学院的硬质合金、香港理工大学制备的高端合金、清华大学以及上海大学制备的高温合金材料等用户的金属材料高温洛氏硬度试验数据，结果发现，通过本标准试验获得的直接数据及材料高温硬度变化趋势，与理论研究结论契合。七、与国际、国外标准对比情况金属材料高温洛氏硬度试验方法是在室温洛氏硬度试验方法的基础上发展起来的，本标准在起草过程中充分参考了现有金属材料洛氏硬度试验方法的评价标准包括GB/T230.1《金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法》、GB/T230.2《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》、GB/T230.3《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》等，在这些标准基础上进一步丰富并发展了金属材料高温洛氏硬度的试验方法及要求。同时\借鉴了JJG141《工业用贵金属热电偶检定规程》，JJG351《工业用廉金属热电偶检定规程》进一步细化了加热装置等有关内容。现阶段现行的国家标准、行业标准和团体标准中涉及金属材料高温硬度试验的方法与评价准则的标准未见有发行。本标准的制定将填