ASTM E18-2020中文

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资源描述:
ASTM E18-2020 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials ASTM E18-2020 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 1 本国际标准是根据国际公认的标准化原则制定的。该标准化原则在世界贸易组织技术性贸易壁垒(TBT)委员会发布 的国际标准,指南及建议制定原则中的决议予以确立。 标号:E18-20 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 1,2 本标准是以固定标号 E18发行的;其后的数字表示原文本正式通过的年号;如有修订,则为上一次的修订年号; 圆括号中数字为上一次重新确认的年号。上标符号( ) 表示对上次修改或重新确定的版本有编辑上的修改。 本标准已被批准供美国国防部机构使用。 1. 范围 1.1 本试验方法包括了通过洛氏压痕硬度原理,对金属材料进行的洛氏硬度和表面洛氏硬度试验。 本标准提供了对洛氏硬度机的要求和洛氏硬度试验的步骤。 1.2 本试验方法包括了便携式洛氏硬度机的使用要求,便携式洛氏硬度机可根据洛氏硬度试验原理 来测量洛氏硬度,同时可满足本试验方法的所有要求,包括试验机的直接和间接检验。便携式洛氏 硬度机如不满足直接检验要求,同时只可根据间接检验要求来进行检验的话,则其被包含在试验方 法 E110 内。 1.3 本标准包括下列附件中的附加要求: 洛氏硬度测试设备检定 附录 A1 洛氏硬度标准机 附录 A2 洛氏硬度试验压头的标定 附录 A3 洛氏硬度块的标定 附录 A4 试样最小厚度的原则 附录 A5 凸圆柱面上测试时硬度值的修正 附录 A6 1.4 本标准包括下列附录中关于洛氏硬度试验的非强制性信息。 提供硬度值与抗拉强度之间关系的 ASTM 标准的清单 附录 X1 确定洛氏硬度不确定度步骤示例 附录 X2 1 本试验方法标准由 ASTM 的 E28力学性能试验委员会归口管理,由 E28.06压痕法硬度试验分委员会直接 负责。 现版本于 2020年 2月 1日批准, 2020年 3月出版。 原版本在 1932年获得批准。 之前的最新版是 2019年批准的 E18-19。 DOI:10.1520/E0018-20。 2 在本试验方法中, “洛氏”指第 3章中定义的国际通行的压痕硬度试验类型,而不是指特定生产厂商的硬度试验设 备。 ASTM E18-2020 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 2 1.5 单位一当进行洛氏硬度测试时,力用千克-力(kgf)单位来表示。压头直径用英寸(in)单位表示。本 标准的力和长度单位用国际体系单位(SI)表示,力为牛顿(N) ,长度为毫米(mm)。然而,由于历史 惯例以及现在的常见用法, kgf单位的力值和英寸单位的球直径作为参考信息提供,本标准许多讨论 涉及了这些单位。 1.6 试验原理、试验步骤和检验步骤从本质上对于洛氏和表面洛氏硬度试验是相同的。两种试验的 关键区别在于表面洛氏试验比洛氏试验的试验力更小。相同类型和尺寸的压头可用于洛氏和表面洛 氏硬度试验,取决于选用的标尺。所以,除非特别说明,本标准中洛氏指的是包括洛氏和表面洛氏。 1.7 本标准并没有完全列举所有的安全声明,如果有必要,根据实际使用情况进行斟酌。使用本规 范前,使用者有责任制定符合安全、健康和环境要求的条例和规范,并明确该规范的使用范围。 1.8 本国际标准是根据国际公认的标准化原则制定的。该标准化原则在世界贸易组织技术性贸易壁 垒(TBT)委员会发布的国际标准,指南及建议制定原则中的决议予以确立。 2. 引用文件 2.1 ASTM 标准: 3 A370 钢产品力学试验的方法和定义 A623 镀锡钢板产品的技术条件:一般要求 A623M 镀锡钢板产品的技术条件:一般要求公制 A883 非金属磁性材料铁磁共振行距和旋磁比率的试验方法 A956 钢制品里氏硬度的试验方法 A1038 用超声波接触阻抗法测定便携式硬度值的试验方法 B19 弹壳黄铜薄板,带材,厚板,棒材和圆盘的技术条件 B36/B36M 黄铜厚板,薄板,带材和轧制棒材的技术条件 B96/B96M 通用和压力容器用铜硅合金厚板,薄板,带材和轧制棒材的技术条件 B103/B103M 磷青铜厚板,薄板,带材和轧制棒材的技术条件 B121/B121M 铅黄铜厚板,薄板,带材和轧制棒材的技术条件 B122/B122M 铜镍锡合金,铜镍锌合金(白铜)和铜镍合金厚板,薄板,带材和轧制棒材的技术 条件 B130 用于弹夹的商用青铜合金带材的技术条件 3 对于 ASTM的参考标准,可登陆 ASTM网站, www.astm.org 或联系 serviceastm.org的 ASTM客户服务部。 ASTM 标准年报资料,参见 ASTM 网站的本标准的文件概要页。 ASTM E18-2020 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 3 B134/B134M 黄铜线材的技术条件 B152/B152M 紫铜薄板,厚板,带材和轧制棒材的技术条件 B370 用于建筑工程的紫铜薄板和带材的技术条件 B647 用韦氏硬度仪测定铝合金压痕硬度的试验方法 E29 在确认与技术条件相符性中检测数据有效数字的使用规范 E74 测力仪校准和检定规程 E92 金属材料维氏硬度和努氏硬度试验方法 E110 用便携式硬度仪测定金属材料洛氏硬度和布氏硬度的试验方法 E140 金属布氏硬度,维氏硬度,洛氏硬度,表面硬度,努氏硬度,肖氏硬度间的硬度换算表 E384 材料微压痕硬度标准试验方法 E691 通过多实验室研究确定试验方法精度的规范 2.2 美国轴承生产商协会标准: ABMA 10-1989 金属球 4 2.3 ISO 标准: ISO 6508-1 金属材料洛氏硬度试验第 1 部分:测试方法(A,B,C,D,E,F,G,H,K,N,T 标尺) 5 ISO/IEC 17011 合格评定合格评定认可机构的通用要求 5 ISO/IEC 17025 检测和校准实验室能力的通用要求 5 2.4 汽车工程师协会(SAE)标准 SAE J417 硬度试验及硬度值的换算 6 3. 术语和公 式 3.1 定义 3.1.1 校准通过比对参考设备显示的值或一系列参考标准来检验主要参数值。 3.1.2 标定通过检验或校准使其与已知标准一致。 3.1.3 检验通过校对或测试来确保与规范的一致性。 3.1.4 洛氏硬度试验使用检验过的设备进行的压痕硬度试验, 该试验在规定条件下施加力将金刚 石球顶圆锥压头或碳化钨(或钢)球压头压入被测材料表面,并测量当施加在压头上的力从规定的 初试验力增加到规定的总试验力时和当其返回到初试验力时压痕深度的差。 4 可从美国轴承制造商协会(ABMA)获得,2025M Street, NW, Suite 800, Washington, DC 20036。 5 可从美国国家标准学会(ANSI)获得。25W.43 rd St., 4 th Floor, New York, NY 10036. http:/www.ansi.org。 6 可从汽车工程师学会(SAE)获得,400 Commonwealth Dr., Warrendale, PA 15096-0001, http:/www.sae.org。 ASTM E18-2020 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 4 3.1.5 表面洛氏硬度试验除使用更小的初试验力和总试验力搭配更短的深度标尺外, 与洛氏硬度 相同。 3.1.6 洛氏硬度值当施加在压头上的力从规定的初试验力增加到规定的总试验力, 再返回到初试 验力时,压痕深度的净增加量导出的一个数值。 3.1.7 洛氏硬度机能够进行洛氏硬度和/或表面洛氏硬度试验,并显示测得的洛氏硬度数值的设 备。 3.1.7.1 洛氏硬度计用于一般测试目的的洛氏硬度机。 3.1.7.2 洛氏硬度标准机用于标定洛氏硬度压头及标定洛氏硬度块的洛氏硬度机。标准机与普通 的洛氏硬度计的区别在于某些参数的允差更加严格。 3.1.7.3 便携式洛氏硬度机是这样一种洛氏硬度机,其被设计成能在用户运输、携带、安装和操作, 同时可根据洛氏压痕硬度试验原理来测量洛氏硬度。 3.1.7.4 移动式洛氏硬度机是这样一种洛氏硬度机,其被设计成能在某一可移动框架、工作台或类 似支架(该类似支架是试验机的组成部分(例如,被牢固地固定到某一滚动工作台上) )上移动到不 同位置,或是这样一种洛氏硬度机,其被设计成能在某一试验之前可被移动到测试位置, (例如,牢 固地固定到某一活动支架臂上) ,同时在先前已经进行过检验,从而确保这类移动将不会影响到硬度 结果。 3.2 公式 3.2.1 n 个硬度测量值 H 1 ,H 2 ,H n 的平均值 H 计算方法: (1) 3.2.2 对于标定的标尺,洛氏硬度机性能中各个硬度级别的误差 E,计算方法如下: ( 2) 式中: H =性能检验中在标准硬度块上测得的 n 个硬度测量值 H 1 ,H 2 ,.,H n 的平均值。 H STD =标准硬度块的定度平均硬度值。 3.2.3 在一定检验条件下, 洛氏硬度机性能中各个硬度级别的重复性 R 根据性能检验中在标准硬度块 上进行的 n次硬度测量值的范围来评估,定义为: R=H max -H min ( 3 ) 式中: ASTM E18-2020 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 5 H max 最高硬度值; H min 最低硬度值。 4. 意义和用 途 4.1 洛氏硬度试验是一种经验性的压痕硬度试验,能够提供关于金属材料的有用信息。这一信息可 能与金属材料的抗拉强度、耐磨性、延展性和其他物理性质相互关联,所以这一信息可能在质量控 制和材料选择上有用。 4.2 洛氏硬度试验作为一种商业交付时的验收检验被普遍接受,此用途在工业中一直应用广泛。 4.3 在特定位置的洛氏硬度试验不能代表整个零件或最终产品的物理性质。 4.4 除非另有说明,遵循本标准试验方法即可追溯源至国家级洛氏硬度基准。 5. 试验原理 和设备 5.1 洛氏硬度试验原理洛氏压痕硬度试验的基本原理见图 1, 该试验按力的施加和卸除分为三个 步骤。 第 1 步使压头接触试样,并施加初试验力 Fo。按规定的保压时间保持初试验力,然后测量 压痕的基准深度。 第 2 步压头上的力按受控的速率增加附加试验力 F 1 ,达到总试验力 F,并按规定的保压时 间保持总试验力。 第 3 步卸除附加试验力,返回到初试验力。按规定的保压时间保持初试验力,然后测量最 终的压痕深度。通过初试验力下的最终和基准压痕深度的差值 h 得到洛氏硬度值。卸除初试验力后, 将压头从试样上移开。 5.1.1 洛氏试验总体上分为两类:洛氏硬度试验和表面洛氏硬度试验。两种试验分类的明显差异在于 所使用的试验力的不同。对于洛氏硬度试验,初试验力为 10kgf(98N),总试验力为 60 kgf(589N), 100 kgf(981N)和 150kgf(1471N)。而对于表面洛氏硬度试验,初试验力为 3kgf(29N),总试验力为 15 kgf(147N),30 kgf(294N)和 45 kgf(441N)。 5.1.2 洛氏硬度试验的压头包括金刚石球顶圆锥压头和规定直径的碳化钨球压头。 5.1.2.1 钢球压头只可用于按 A623 和 A623M 测试镀锡薄钢板产品, 使用 HR15T 和 HR30T标尺的金 刚石点砧座。跟使用钢球获得的历史测试数据相比较发现,此类产品上使用硬质合金球的测试结果 可能会存在明显差异。 注 1:本标准的早期版本规定钢球为洛氏球压头的标准类型,而现在将硬质合金球作为洛氏球压头的标准类型。ASTM E18-2020 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 6 采用硬质合金球对于洛氏硬度试验是一种改进,因为钢球随着使用逐渐变平的趋势会导致硬度值的错误提高。提醒 使用者,通过比较使用钢球和硬质合金球的洛氏硬度试验发现,两种球得到的测试结果不同。例如,洛氏 B 标尺使 用硬质合金球压头获得的测试结果比使用钢球压头的低大约一个洛氏单位,取决于被测材料的类型和硬度级别。 5.1.3 洛氏硬度标尺定义为压头和试验力的组合。 表 1 和表 2给出了标准洛氏硬度标尺和标尺的典型 应用。洛氏硬度值应按照这些标准标尺中的一种进行测试和报告。 5.2 洛氏硬度值的计算洛氏试验中,压头上的力从初试验力增加到总试验力,然后返回到初试 验力。两次在初试验力下测得的压头深度的差值即为 h(见图 1) 。 图 1 洛氏硬 度试验方 法 (示意图 ) 5.2.1 h 的测量单位为 mm。洛氏硬度值根据 h 的值得到。洛氏硬度值的计算公式为: 5.2.1.1 对于使用金刚石球顶圆锥压头的标尺(见表 1 和表 2) : 洛氏硬度=100- 002 . 0 h ( 4) 表面洛氏硬度=100- 001 . 0 h ( 5) 其中 h 单位为 mm。 5.2.1.2 对于使用球压头的标尺(见表 1 和表 2) : 洛氏硬度=130- 002 . 0 h ( 6 ) 洛氏表面硬度=100- 001 . 0 h ( 7) 其中 h 单位为 mm。 5.2.2 洛氏硬度值是一个规定值,是通过计算对于较硬的材料得到一个较高的值。 ASTM E18-2020 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 7 5.2.3 洛氏硬度值应不能以一个单独数字表示,因为必须指明进行试验时采用的压头和力(见表 1和 表 2) ,引述洛氏硬度值时应连同标尺符号一起使用,以代表使用的压头和力。硬度值的后面是“HR” 符号和标尺符号。当使用球压头时,标尺符号后用字母“W”表示使用硬质合金球,或者字母“S”表示 使用钢球(见 5.1.2.1) 。 5.2.3.1 示例: 64 HRC洛氏 C 标尺的洛氏硬度值 64 81 HR30N洛氏 30N标尺的表面洛氏硬度值 81 72 HRBW使用碳化钨压头的洛氏 B 标尺的洛氏硬度值 72 5.2.4 报告的洛氏硬度值或洛氏硬度测量平均值应按照 E29规程进行修约, 修约值的分辨率应不高于 测试设备所显示硬度值的分辨率。一般来说,洛氏硬度值的分辨率应不高于 0.1 洛氏单位。 注 2:当洛氏硬度试验用于商用产品和材料的验收检验时,使用者应考虑到本标准允许范围内硬度机之间可能存 在的测量值的差别(见章节 10,精度和偏差) 。如附录 A1 检验要求中规定的,由于硬度机重复性和误差的允差的允 许范围,一台硬度机得到的试验结果可能和另一台硬度机的相差一个硬度单位或更多,而两台设备可能都在检验允 差(见表 A1.3)之内。通常对于验收检验,洛氏硬度值按照 E29 规范修约成整数。鼓励使用者在其质量管理体系中 建立验收检验相关的修约规范,并在合同复审时注明一切特殊要求。 5.3 洛氏硬度机洛氏硬度机应依据洛氏硬度试验原理,通过加载试验力及测量压痕深度进行洛 氏硬度的测试。 5.3.1 阅读设备厂商说明手册,了解设备的特征,局限性及其各自的操作步骤。 5.3.2 洛氏硬度机应能够自动将测量的深度转换为洛氏硬度值, 并通过电子装置或机械指示器显示硬 度值和洛氏标尺。 5.4 压头标准洛氏压头为金刚石球顶圆锥压头或直径为 1.588mm(1/16in),3.175mm(1/8in ), 6.350mm(1/4in )或 12.70mm(1/2in)的碳化钨球。压头应满足附录 A3 规定的要求。钢球压头在某 些特定情况下可以使用(见 5.1.2.1) 。 5.4.1 灰尘,污垢或其他外来杂质应不允许积聚在压头上,因为这将影响测试结果。 注 3:按 E18-07或以后版本检验发证的压头满足本标准的要求。 5.5 试样支撑装置应使用适合支撑被测样品的试样支撑装置或“砧座”。 砧座的底面和支撑面应洁 净、光滑、无凹陷、深划痕和外来杂质。测试过薄材料或压头意外接触砧座会引起砧座的损坏。如 果砧座因任何原因损坏,必须进行修理或者更换。砧座上最小可见的损坏都可能带来不准确的结果, 特别是对于薄的材料。 5.5.1 一般的试样支撑装置的硬度应不小于 58HRC。有些特殊支撑砧座要求更低的材料硬度。 ASTM E18-2020 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 8 5.5.2 平面试样应在具有光滑、平坦支撑面的平砧座上进行测试,其平面垂直于压头的轴线。 5.5.3 小直径的圆柱试样应在置于压头正下方的坚硬 V 形槽砧座上进行测试,或在坚硬、平行的一 对圆柱上,圆柱应正确定位并从底部夹紧。这些类型试样支撑装置应支撑试样使其顶点位于压头的 正下方。 5.5.4 对于薄材料或非完全平面试样, 应使用一个带有 3mm(1/8in.)12.5mm(1/2in.)直径凸起平在 “点” 的砧座,该点应被打磨光滑平整。非常软的材料不能在“点”砧座上进行测试,因为无损试样厚度 大小,施加的力都可能会导致砧座被压入试样的底面。 表 1 洛氏硬 度刻度 刻度符号 压头 总测试力,kgf 刻度盘数字 刻度的典型应用 B 1/16in.(1.588mm)球 100 红色 铜合金,低碳钢,铝合金,可锻铁等 C 金刚石 150 黑色 钢,硬铸铁,球光体可锻铁,钛,深度硬 化钢和其他硬度大于B100的材料 A 金刚石 60 黑色 硬质合金,细钢,浅度硬化钢 D 金刚石 100 黑色 细刚,中等硬化钢,球光体可锻铁 E 1/8in.(3.175mm)球 100 红色 铸铁,铝镁合金,轴承合金 F 1/16in.(1.588mm)球 60 红色 退火铜合金,薄的软薄板金属 G 1/16in.(1.588mm)球 150 红色 可锻铸铁,铜镍锌和铜镍合金。上极限 G92,以避免钢球可能变平 H 1/8in.(3.175mm)球 60 红色 铝,锌,铅 K 1/8in.(3.175mm)球 150 红色 支承金属和其他非常软或细的材料。使用 最小的钢球和不致有测量砧座效应的最大 的载荷。 L 1/4in.(6.350mm)球 60 红色 M 1/4in.(6.350mm)球 100 红色 P 1/4in.(6.350mm)球 150 红色 R 1/2in.(12.70mm)球 60 红色 S 1/2in.(12.70mm)球 100 红色 V 1/2in.(12.70mm)球 150 红色 表 2 洛氏表 面硬度刻 度 总的试验 作用力, kgf (N) Scale Symbols N刻度,金刚 石压头 T刻度,116 in. (1.588 mm) 球 W刻度,18 in. (3.175 mm) 球 X 刻度 14 in. (6.350 mm) 球 Y刻度 12 in. (12.70 mm) 球 15 (147) 15N 15T 15W 15X 15Y 30 (294) 30N 30T 30W 30X 30Y 45 (441) 45N 45T 45W 45X 45Y 5.5.5 当使用球压头测试金属薄片时,推荐使用金刚石点砧座。高度抛光的金刚石表面应具有 4.0mm(0.157in.)7.0mm(0.2875in.)的直径,并且中心与测试点对齐到 0.5mm(0.2in.)以内。 5.5.5.1 注意:金刚石点砧座只可在最大总试验力为 45kgf(441N)以及球压头的条件下使用。除非材ASTM E18-2020 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 9 料的技术要求另有指导,否则应遵循本建议。 5.5.6 如果标准砧座不能支撑被测试样或工件, 可以要求使用包括夹具固定装置在内的特殊砧座或固 定装置。当长的工件的悬空部分过大,无法用初试验力压紧时,可以使用辅助支撑装置。 5.6 检验洛氏硬度计应按照附录 A1 定期检验。 5.7 硬度块应使用满足附录 A4 要求的硬度块,按照附录 A1 对硬度机进行检验。 注 4:按 E18-07或以后版本检验发证的硬度块满足本标准的要求。 注 5:众所周知,并非对于所有几何形状和/或材料都有合适的硬度块。 5.8 便携式洛氏硬度机的使用: 5.8.1 由于样本尺寸或重量、样本位置、试验点的可达性或其它要求的原因,某一固定位置的洛氏硬 度机可能不能测试特定样本。在这种场合,使用便携式洛氏硬度机来测试这些样本是一种可接受方 法。这种方法允许按如下使用便携式洛氏硬度机。 5.8.1.1 便携式洛氏硬度机应满足本方法的要求,包括试验原理、装置、压头、外加力、试验程序以 及试验机的直接和间接检验(除了表 A1.1 内所述之外) 。试验方法 E110包含了那些不可直接检验的 便携式洛氏硬度机或那些不可能通过直接检验但是满足本方法其它要求的便携式洛氏硬度机。 5.8.1.2 只有当测试情况使得某一固定位置洛氏硬度机的使用变成不可行时,才可使用便携式洛氏硬 度机。在这种场合,建议所有相关方(例如,测试服务方和客户)之间达成一项协议或谅解,即同 意使用便携式洛氏硬度机来替代固定位置洛氏硬度机(见 5.8.1 节) 。 5.8.1.3 便携式洛氏硬度机应根据洛氏硬度试验原理(见 5.1 节)来测量硬度。便携式硬度机或仪器 如通过其它与洛氏硬度试验原理不同的方式或程序来测量硬度,例如在试验方法 A883, A956, A1038 或 B647 内定义的方式或程序,此时获得了换算后的落实硬度值,同时不满足本方法。 5.8.2 便携式硬度机的日常检验当便携式硬度机从一个试验场所被运输或携带到另一个试验场所 时,便携式硬度机对损伤很敏感。因此,除了满足 7.1 节和附录 A1 内规定的日常检验要求之外,在 将执行硬度试样的位置并刚好在执行硬度试验之前,应在每个试验工作场所执行一次日常检验。应 采用便携式硬度机来执行该检验,且便携式硬度机的放置取向在实践中尽可能接近它的使用位置。 建议在测试期间以及在完成测试之后偶尔地重复日常检验。 5.8.3 当使用便携式洛氏硬度机时,9.2 节内给出了附加报告要求。 5.8.4 根据便携式硬度机的应用性质,其可能导致误差,这些误差可能影响到试验结果。为了解便携 式洛氏硬度机和固定位置洛氏硬度机之间预期结果的差异,用户宜比较第 10 章和试验方法 E110 内 给出的精密度和偏差结果。 ASTM E18-2020 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 10 6. 试样 6.1 为了获得最好的结果,试样测试面和底面都应光滑平坦,无氧化物、杂质和润滑剂。某些材料 例外,例如会附着在压头上的活性金属。在这种情况下,可以使用合适的润滑剂,例如煤油。润滑 剂的使用应在测试报告中作出规定。 6.2 制备试样应选择对测试面的表面硬度影响(例如由于热或冷加工)最小的工艺。 6.3 试样或被测层厚度应符合附录 A5 表中的规定和图表中的示意。 这些表是通过对碳钢带材的研究 而得到,并且已被证实为可靠的结果。对所有的其他材料,建议厚度应不超过压痕深度的 10 倍。一 般来说,测试后试样的背面不应出现可见的变形,尽管并非所有的此类痕迹都被作为无效的测试的 标志。 6.3.1 当测试零件存在硬度梯度时,应给予特殊考虑,例如经过渗碳、碳氮共渗、渗氮和感应等工艺 进行表面淬火的零件。附录 A5 给出的最小厚度原则只适用于硬度均匀的材料,不应在测量具有硬 度梯度的零件时被用于确定合适标尺。对于具有硬度梯度的零件,合适洛氏标尺的选取应在特殊协 议规定。 注 6:SAE J417给出了一个表,表中列出了对于不同的洛氏标尺,最小的有效硬化层深度。 6.4 当在凸圆柱面测试时,结果可能不能正确的显示真实的洛氏硬度;因此,应使用附录 A6 的修正 值。对于表中所给的直径,修正因子可以通过线性内插法获得。直径小于附录 A6 给出值的测试是 不可接受的。球形和凹面表面测试的修正应服从特殊的协议。 注 7:球面的测试结果的修正值表见 ISO 6508-1。 6.5 当测试小直径试样时,压头和试样对齐程度、表面抛光、圆柱的直线度都会严重影响测试的准 确度。 7. 试验步骤 7.1 在进行硬度测试前,应按照 A1.5对硬度机进行日常检验。只允许在硬度块的已校准表面上进行 硬度测量。 7.1.1 日常检验结果应满足表 A1.3 内规定的当前现行值要求,而不管在试块上标记的任何最大误差 E 值(见注 8) 。 注 8:本方法的不同版本已经修订了表 A1.3 内给出的一些最大误差 E 值。因此,在旧的标定试块上标记的最大 误差 E值可能不能反映当前现行值。 7.2 洛氏硬度试验应在 1035 (5095 )范围的环境温度进行。洛氏硬度试验的操作者应注意测试 材料的温度和硬度机的温度可能影响试验结果。因此,使用者应确保测试温度不会对硬度测量产生ASTM E18-2020 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 11 负面影响。 7.3 试样应具有刚性支撑,以使测试表面的位移降到最小(见 5.5) 。 7.4 测试周期本标准对洛氏试样周期的说明包括对周期的 5 个单独部分提出的建议或要求。 图 2 以洛氏 C 标尺试验为例,给出了这些部分的说明,定义如下: (1) 接触速率,v A 压头接触测试材料的速率。 (2) 初试验力保持时间 t PF 从初试验力完全加载开始,到第一次测量压痕基准深度时结束的 保持时间(同见 7.4.1.3) 。 (3) 主试验力施加时间,t TA 施加主试验力达到总试验力的时间。 (4) 总试验力保持时间,t TF 总试验力完全加载的保持时间。 (5) 弹性恢复保持时间,t R 在初试验力作用下的保持时间,从主试验力完全卸除开始,到测 量压痕第二次即最终深度时结束。 7.4.1 表 3 规定了标准的洛氏试验周期。洛氏硬度试验的试验周期应符合这些试验周期值和允差(见 注 9) ,下列情况除外。 7.4.1.1 对于具有较大时间相关塑性(压痕蠕变)材料的预防措施如果材料在施加总试验力后, 出现较大的塑性流动,压头会进一步压入,因此有必要进行特殊考虑。当材料需要使用一个比表 3 规定的标准试验周期更长的总试验力保持时间时,应在产品规范中规定。在这种情况下,应在测试 结果后面记录并报告实际延长后的总试验力保持时间(例如 65HRFW,10s) 。 7.4.1.2 在有些试验条件中,要求的压头接触速率超过表 3推荐的最大值。操作人员应确保较高的接 触速率不会引起冲击或超载,从而影响硬度结果。建议使用相同的测试材料,使用表 3 的要求范围 内的试验周期进行对比试验。 7.4.1.3 对于初试验力加载时间 t PA 为 1 s 或更长的硬度机,初试验力保持时间 t PF 参数与表 3 的允差 进行比较之前,初试验力保持时间应加上 t PA 的一半来进行修正,如下所示:t PA /2+t PF 。对于初试验 力加载时间 t PA 小于 1 s的硬度机,对初试验力保持时间的这种修正为选择性要求。 注 9:建议硬度机使用的试验周期尽可能与对硬度机进行间接检验时使用的试验周期相同。表 3允差范围内试验 周期参数的不同也会产生不同的硬度结果。 表 3 测试周 期的公差 测试周期参数 公差 压头接触速率,VA(推荐) 2.5mm/s 最初作用力保压时间,tPF(当最初作用力作用时间 tPA 1s,该参数为 tPA/2+tPF) 0.14.0 s 附加作用力施加时间,tTA 1.08.0 s 总作用力保压时间,tTF 2.06.0 s 弹性恢复保压时间,tR 0.25.0 s ASTM E18-2020 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 12 7.5 试验步骤洛氏硬度机有许多类型,要求的操作者控制水平不同。有些硬度机可自动执行洛 氏硬度试验程序,几乎不受操作者影响,而有些硬度机需要操作者控制大部分试验步骤。 7.5.1 将压头从垂直于测试面的方向接触测试面,尽量使其速度不超过推荐的最大接触速率 v A 。 7.5.2 施加初试验力 F 0 , 对于洛氏硬度试验 F 0 为 10kgf(98N), 对于表面洛氏硬度试验 F 0 为 3kgf(29N)。 7.5.3 按规定的初试验力保持时间 t PF 保持初试验力。 7.5.4 初试验力保持时间 t PF 结束时, 立即确定压痕基准深度的参照位置 (见生产厂商的使用说明书) 。 7.5.5 将试验力增加 F 1 即主试验力,达到选定的硬度标尺所需的总试验力 F(见表 1 和 2) 。主试验 力 F l 应在规定加载时间范围 t TA 之内可控地加载。 7.5.6 按规定的总试验力保持时间 t TF 保持总试验力 F。 7.5.7 继续保持初试验力 F 0 的同时,卸除主试验力 F 1 。 7.5.8 将初试验力 F 0 保持适当时间,使被测材料弹性恢复,并且框架的拉伸变得可以忽略不计。 图 2 (a) 力- 时间示意 图 ;(b) 压头深度- 时间示意 图(HRC 测试举例说 明 测试周期 ) 7.5.9 在弹性恢复保持时间结束时,立即确定压痕最终深度(见生产厂商的使用说明书) 。硬度机应 计算出最终和基准深度测量值的差值并显示测得的洛氏硬度值。洛氏硬度值是由压痕深度增加值按 公式 4、公式 5、公式 6和公式 7 计算而来。 7.6 测试过程中,应保护设备避免发生影响硬度测量结果的冲击或振动。 ASTM E18-2020 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 13 7.7 每次更换或卸下重新安装压头或砧座后,应至少进行两次预压测试来确保压头和砧座己被牢固 地压紧。预压测试的结果应忽略不计。 7.8 每次改变试验力或卸下重新安装压头或砧座后, 强烈建议按照附录 A1 规定的日常检验方法进行 检查设备的运行。 7.9 压痕间距紧靠已有压痕的材料硬度通常会增加,这是由于残余应力和压痕过程导致加工硬 化。如果在受影响的材料上进行新的压痕试验,测量的硬度值很可能会比材料整体的真实硬度高。 同时,如果压痕过于靠近材料边缘或者非常靠近已有压痕,可能会没有足够的材料来约束压痕周围 的变形区域,这会导致硬度值偏低。如果压痕之间以及压痕到材料边缘的距离合适,那么这两种情 况都是可以避免的。 7.9.1 两个临近压痕的中心距离应至少为压痕直径 d 的三倍(见图 3) 。 7.9.2 任何压痕的中心到试样边缘的距离应至少为压痕直径的 2.5 倍(见图 3) 。 8. 向其他硬 度标尺或 抗 拉强度值 的 换算 8.1 没有一种通用方法能够精确地将一个标尺的洛氏硬度值转换为另一个标尺,或其他类型的硬度 值,或抗拉强度值。在最理想的情况下,这些换算值只是近似值,所以应避免进行换算,除非在特 殊情况下,通过对比测试得到近似换算的可靠依据。 注 10:标准金属硬度转换表 E140 给出了例如钢,奥氏体不锈钢,镍和高镍合金,弹壳黄铜,铜合金和白色铸 铁合金等具体材料的近似转换值。E140转换表中的洛氏硬度数据是使用钢球压头测得的。 注 11:附录 X1中所列的 ASTM标准给出了近似的硬度抗拉强度关系。 图 3 最小压 痕间距示 意 图 9. 报告 9.1 试验报告应包括以下信息: 9.1.1 洛氏硬度值。所有报告的洛氏硬度值应注明使用的标尺。报告值应按 E29 规范进行修约(见ASTM E18-2020 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 14 5.2.4 和注 2) 。 9.1.2 总试验力保持时间,如果超出规定的标准试验周期允差(见表 3) 。 9.1.3 测试时的环境温度,如果超出在 1035 (50 95 ) 范围之外,除非已经证明不影响测试结果。 9.2 当使用便携式洛氏硬度机时,硬度测量值应按照 9.1 节来报告,并附随一个/P来指明它是通过便 携式洛氏硬度机来测定的,例如: 40 HRC/P = 采用洛氏 C标尺获得的洛氏硬度值为 40。 72 HRBW/P = 采用硬质合金球压头和洛氏 B 标尺获得的洛氏硬度值为 72。 10. 精 度 和偏差 7,8 10.1 精度在 2000 年,对洛氏硬度的精度和偏差按照 E691 规范进行了研究。在以下六个洛氏标 尺上进行了试验:HRA、HRC、HRBS、HR30N、HR30TS和 HRES。其中 HRBS、HR30TS和 HRES 标尺的试验使用的是钢球压头。共有 18 个洛氏硬度块用于该研究,硬度块的型号是容易购得的。每 个标尺有三种不同硬度级别(高、中、低)的硬度块,每个块上进行三次硬度试验。首次研究的结 果归档于 ASTM 研究报告 RR:E28-1021。 7,8 表 4 精度和 偏差研究 结 果 试样 平均硬度 Sr SR rPB R PB 2000年研究数据 62.8 HRA 62.50 0.164 0.538 0.459 1.506 73.1 HRA 73.04 0.138 0.358 0.387 1.002 83.9 HRA 84.54 0.085 0.468 0.238 1.309 25.0 HRC 24.99 0.335 0.440 0.937 1.232 45.0 HRC 45.35 0.156 0.259 0.438 0.725 65.0 HRC 65.78 0.153 0.389 0.427 1.089 45.9 HR30N 46.75 0.299 2.489 0.837 6.969 64.0 HR30N 64.74 0.248 0.651 0.694 1.822 81.9 HR30N 82.52 0.195 0.499 0.547 1.396 2006年研究数据 40 HRBW 43.90 0.492 0.668 1.378 1.871 60 HRBW 61.77 0.663 0.697 1.855 1.953 95 HRBW 91.09 0.250 0.292 0.701 0.817 62 HREW 64.07 0.346 0.675 0.970 1.890 81 HREW 81.61 0.232 0.406 0.649 1.136 100 HREW 96.22 0.177 0.322 0.497 0.901 22 HR30TW 18.33 0.702 0.901 1.965 2.522 56 HR30TW 58.0 0.476 0.517 1.333 1.447 79 HR30TW 81.0 0.610 0.851 1.709 2.382 10.2 从 E18-05 版本开始,本标准对于所有使用球压头的标尺,从使用钢球改为碳化物球。由于这 个变化,2006 年进行了第二次研究。第二次研究按照 E691 规程进行,与最初的研究相同,除了仅 7 支持数据已经提交 ASTM国际总部,可以从研究报告 RR:E28-1021中得到。 8 支持数据已经提交 ASTM国际总部,可以从研究报告 RR:E28-1022中得到。 ASTM E18-2020 金属材料洛氏硬度的标准试验方法 15 限于 HRBW、HR30TW、HREW标尺,这项标尺都使用碳化物球压头。该研究的结果归档于研究报 告 RR:E28-1022。 10.3 共有 14 个不同的实验室参与了这两次研究,八个参与了首次研究,九个参与了第二次研究, 三个实验室参与了两次研究。 该研究选择参与的实验室包括: 6 个商业测试实验室, 5 个自有实验室, 3 个硬度块生产厂商的校准实验室。每个实验室都被要求在每个块的表面三个指定位置测试。所有 试验都是按照 ASTM E18-05 进行的。 10.4 表 4给出的结果可以帮助理解测量的差异, 是两次研究的组合。 金刚石标尺 HRC、 HRA和 HR30N 来自首次研究,球标尺 HRBW、HREW 和 HR30TW 来自第二次研究。这个组合可以反映目前进行 过
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