CSTM-金屬材料 高溫洛氏硬度試驗方法編制說明

《金屬材料高溫洛氏硬度試驗方法》

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

項目工作組2021年4月《金屬材料高溫洛氏硬度試驗方法》團體標(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?？梢姼邷赜捕仍谥T多材料性能測試中無疑具有非常獨特和唯一的地位。當(dāng)前已有多類高溫洛氏硬度試驗機投入市場使用，在測試及標(biāo)準(zhǔn)方面，目前設(shè)備出廠和實際實施試驗時的測試標(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方法上，亟需制定相應(yīng)的試驗方法標(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的原理、符號及說明、試驗設(shè)備、試樣、試驗方法及試驗報告等要求。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學(xué)科的發(fā)展和耐高溫金屬材料科研領(lǐng)域的進步，完善金屬材料高溫洛氏硬度的評價標(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、試驗方法現(xiàn)狀等。在科研領(lǐng)域，本標(biāo)準(zhǔn)的頒布實施將使金屬材料的高溫洛氏硬度試驗方法有標(biāo)準(zhǔn)可查，有據(jù)可依，為研究者進行金屬材料高溫性能相關(guān)的試驗研究和理論探索提供有效、有力的數(shù)據(jù)支撐保證，促進材料學(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，若能實現(xiàn)金屬材料高溫洛氏硬度試驗方法在這些產(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，進而提升企業(yè)核心技術(shù)競爭力，并強化經(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)濟損失的風(fēng)險,促進金屬材料行業(yè)的經(jīng)濟效益增長和健康快速發(fā)展。此外，本標(biāo)準(zhǔn)的制定及實施將有助于我國政府管理部門和金屬材料行業(yè)協(xié)會、社會團體構(gòu)建成熟的金屬材料高溫力學(xué)性能評價體系，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)來源本項目經(jīng)中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)委員會批準(zhǔn)立項（材試標(biāo)字[2021]073號），標(biāo)準(zhǔn)項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）立項編號為：CSTMLX990100694-2021,項目名稱《金屬材料高溫洛氏硬度試驗方法》，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）立項階段立項之前，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)等單位進行了大量調(diào)研，對標(biāo)準(zhǔn)的檢測理論、方法及設(shè)備進行了廣泛研究。2020年5月，按照中國材料與試驗團體標(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)編制起草小組進行標(biāo)準(zhǔn)情況調(diào)研和任務(wù)落實，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)驗證與理論推導(dǎo)，完善修改標(biāo)準(zhǔn)中的部分參數(shù)，同時，積極與行業(yè)協(xié)會、團體成員單位進行研討，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責(zé)整個標(biāo)準(zhǔn)項目的統(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，編制起草小組重點對標(biāo)準(zhǔn)名稱、范圍、試驗原理、試樣、試驗設(shè)備及儀器、試驗方法及步驟、試驗結(jié)果處理等部分進行了逐句修改。2021年4月，編制起草小組仔細研討本標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，進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、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、適時推出、及時修訂、不斷完善”的原則，注重標(biāo)準(zhǔn)制定與技術(shù)創(chuàng)新、試驗驗證、產(chǎn)業(yè)推進、應(yīng)用推廣相結(jié)合。本著先進性、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，綜合考慮使用對象的操作能力和試驗需求，在確保安全可行的前提下，尋求最大的經(jīng)濟、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的需求和要求，主要對試驗設(shè)備的硬度計、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)的試驗程序在以下幾個內(nèi)容進行了修改和補充：——增加了在特定溫度下測試試樣洛氏硬度的要求。——增加了在特定溫度下對高溫洛氏硬度的說明。——增加了加熱方法的要求。——增加了在特定溫度下對試樣保溫時間的要求。——增加了高溫下壓頭材質(zhì)的要求。——增加了對試驗氣氛保護環(huán)境的要求?！黾恿嗽谔囟囟认掠捕葴y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的原理、符號及說明、試驗設(shè)備、試樣、試驗方法及試驗報告等要求。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的特點與過程，并給出了洛氏硬度的計算公式。用圖和表的形式分別給出了“高溫洛氏硬度試驗原理”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試驗設(shè)備洛氏硬度計參照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高溫洛氏硬度計的加熱裝置規(guī)定了洛氏硬度計的加熱方式,水冷保護以及高溫試樣所處的氣氛氛圍進行了規(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)的檢驗溫度測量系統(tǒng)應(yīng)在試驗溫度范圍內(nèi)檢驗，檢驗周期不超過3個月。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,檢驗周期可延長，但不得超過12個月。檢驗報告中應(yīng)記錄誤差。應(yīng)采用相應(yīng)檢定規(guī)程進行檢驗。氣氛室對試樣的測試環(huán)境進行了規(guī)定：測試試樣需在高純（99.999%）的惰性氣體保護氛圍中進行高溫硬度測試。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)以保護硬度計核心部件。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行了規(guī)范。對特殊試樣的高溫硬度進行了規(guī)范：在凸圓柱面和凸球面上試驗時的高溫洛氏硬度測試時，必須對測試結(jié)果進行修正，其修正方法應(yīng)參照GB/T230.1中附錄E、附錄F執(zhí)行。5.7試驗方法試驗溫度根據(jù)設(shè)備情況，對高溫硬度測試的溫度范圍進行了規(guī)定：試驗一般在室溫?1200C下進行。加熱速度根據(jù)設(shè)備爐膛大小對加熱速度進行了規(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)，按照以下公式進行計算加熱速度vc(°C/min)：30v——腺保溫時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。對測試過程初試驗力加載方式和保載時間做出規(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力Fo,初試驗力保持時間不應(yīng)超過3s。對手動硬度計和自動硬度計的初始壓痕深度測量進行了規(guī)范。對主試驗力的加載方式以及加載時間進行了規(guī)定：無沖擊、振動、擺動和過載地施加主實驗力Fi，使實驗力從初試驗力Fo施加至總試驗力F,其主實驗力的加載時間為1?8So所有HRN和HRT表面高溫洛氏硬度的主實驗力加載時間不超過4s。對總試驗力的保持時間、卸除主試驗力B后以初試驗力F。保持時間進行規(guī)范，對總試驗力的保持時間可以超過6s的情況進行了特別說明。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的狀態(tài)進行規(guī)定：硬度計應(yīng)避免受到?jīng)_擊和振動。對測試過程兩個測試點之間以及測試點與試樣邊緣的距離進行了規(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。對測試點數(shù)量進行了規(guī)定。5.8結(jié)果的給出對試驗點的數(shù)量以及試驗報告的給出做出了具體規(guī)范。六、主要試驗（或驗證）結(jié)果說明本標(biāo)準(zhǔn)廣泛統(tǒng)計了來自高校、研究院所及企業(yè)用戶等單位詳實的試驗數(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數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過本標(biāo)準(zhǔn)試驗獲得的直接數(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方法是在室溫洛氏硬度試驗方法的基礎(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方法的評價標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T230.1《金屬材料洛氏硬度試驗第1部分：試驗方法》、GB/T230.2《金屬材料洛氏硬度試驗第2部分：硬度計（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標(biāo)尺）的檢驗與校準(zhǔn)》、GB/T230.3《金屬材料洛氏硬度試驗第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)上進一步豐富并發(fā)展了金屬材料高溫洛氏硬度的試驗方法及要求。同時\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》進一步細化了加熱裝置等有關(guān)內(nèi)容?，F(xiàn)階段現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和團體標(biāo)準(zhǔn)中涉及金屬材料高溫硬度試驗的方法與評價準(zhǔn)則的標(biāo)準(zhǔn)未見有發(fā)行。本標(biāo)準(zhǔn)的制定將填