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| 标准编号 | GB/T 230.2-2022 (GB/T230.2-2022) | | 中文名称 | 金属材料 洛氏硬度试验 第2部分：硬度计及压头的检验与校准 | | 英文名称 | Metallic materials - Rockwell hardness test - Part 2: Verification and calibration of testing machines and indenters | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | N71 | | 国际标准分类 | 19.060, 77.040.10 | | 字数估计 | 26,276 | | 发布日期 | 2022-07-11 | | 实施日期 | 2023-02-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 230.2-2012 | | 起草单位 | 沈阳天星试验仪器股份有限公司、中机试验装备股份有限公司、广州大学、莱州华银试验仪器有限公司、山东山材试验仪器有限公司、上海奥龙星迪检测设备有限公司、上海尚材试验机有限公司、北京时代之峰科技有限公司 | | 归口单位 | 全国试验机标准化技术委员会(SAC/TC 122) | | 提出机构 | 中国机械工业联合会 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 230.2-2022: 金属材料 洛氏硬度试验 第2部分：硬度计及压头的检验与校准
GB/T 230.2-2022 英文名称: Metallic materials - Rockwell hardness test - Part 2: Verification and calibration of testing machines and indenters
ICS 19.060;77.040.10
CCSN71
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 230.2-2012
1 范围
本文件规定了按照GB/T 230.1测定洛氏硬度的洛氏硬度计的两种检验方法(直接检验和间接检
验),并规定了洛氏硬度压头的检验方法。
直接检验法适用于检测与硬度计功能相关的主要参数是否在规定的允差以内,例如试验力、深度测
量、试验循环时间。间接检验法适用于使用一组经过标定的标准硬度块判定硬度计在测量已知硬度材料时的性能。
间接检验法可单独用于使用中硬度计的定期常规检查。
如果硬度计还可用于其他硬度试验方法的硬度试验,需分别按照每一种方法单独对硬度计进行检验。
本文件适用于固定式硬度计和便携式硬度计。
注意已将碳化钨合金球压头视为洛氏硬度标准型的球压头。钢球压头仅限于在符合
GB/T 230.1-2018附录A的条件下使用。
4 一般要求
在检验硬度计之前,应对其进行检查以确保硬度计按照制造者的说明书正确安装。宜特别检查确
认试验力在施加和卸除过程中无影响读数的冲击、振动或过载。
5 硬度计的直接检验
5.1 总则
5.1.1 直接检验包括对下列各项的校准和检验:
a) 试验力;
b) 压痕深度测量装置;
c) 试验循环时间;
d) 硬度计迟滞性试验。
5.1.2 直接检验宜在(23±5)℃温度范围内进行。如果在此温度范围之外进行检验,应在检验报告中
注明。
5.1.3 检验和校准用的器具应溯源到国家基准。
5.1.4 在直接检验合格后应按照第6章的规定进行间接检验。
5.2 试验力的校准与检验
5.2.1 对于所使用的每一个初试验力F0(见5.2.4)和每一个总试验力F(见5.2.5)均应进行测量,只要
可行,就应在试验过程中主轴的整个移动范围内,以一定的间隔在其至少3个位置上做上述力的测量。
初试验力应至少保持2s。
5.2.2 在主轴的每一个位置上,对于每个试验力应读取3个读数。在每次测量读数前,主轴的移动方
向应与试验时的移动方向一致。
5.2.3 试验力应通过下述两种方式之一测量:
---用符合GB/T 13634规定的1级或优于1级,并且回程性能经过校准的标准测力仪;
---用校准过质量的砝码或具有相同准确度的其他方法施加一个示值误差在±0.2%以内的力,使
该力与被检测的试验力相平衡。
宜提供证据证明在试验力阶梯变化后1s~30s期间内,测力装置的输出变化不超过0.2%。
5.2.4 主试验力F1施加前和卸除后,初试验力F0每次测量值的最大允差应为其标称值的±2.0%,见
公式(B.2)。初试验力全部测量值的变动范围(最大值减最小值)应不大于F0标称值的1.5%。
5.2.5 总试验力F 每次测量值的最大允差应为其标称值的±1.0%。总试验力全部测量值的变动范围
(最大值减最小值)应不大于F 标称值的0.75%。
5.3 压痕深度测量装置的校准与检验
5.3.1 压痕深度测量装置应通过使压头或压头座产生已知的位移增量进行校准。
5.3.2 当以95%的置信水平计算时,检验压痕深度测量装置的仪器或量块的扩展不确定度应不超过0.0003mm。
5.3.3 应在硬度计正常测量时的整个工作深度范围内,在均匀分布的至少4个位置上检测压痕深度测
量装置。对于常规洛氏硬度标尺(A、C、D、B、E、F、G、H、K),其工作深度为0.25mm;对于表面洛氏硬
度标尺(N、T),其工作深度为0.1mm。
5.3.4 有些硬度计的压痕深度测量装置具有较大行程,测量装置工作范围的位置会随着试样厚度的变
化而改变。这种类型的硬度计应能以电子方式进行检验,确保压痕深度测量装置在整个行程范围内连
续工作。这种硬度计应按照以下步骤进行检验:
a) 选择测量装置总量程的最高点、中心点和最低点3个位置,并在3个位置的每个位置附近,以
不少于4个约为0.05mm等间隔的位移增量,对压痕深度测量装置进行检测;
b) 在驱动装置的整个行程范围内,操作驱动装置并监测位移的测量是否连续。位移示值应在整
个行程范围内连续显示。
5.3.5 对于A到K标尺,压痕深度测量装置的示值应在每个标尺的测量范围内均准确到±0.001mm;
对于N和T标尺,应在每个标尺的测量范围内均准确到±0.0005mm,即不超过±0.5个洛氏硬度
单位。
5.4 试验循环时间的校准与检验
5.4.1 试验循环时间应由硬度计制造者在生产中或在可能会影响试验循环时间的维修之后进行检验。
在其他时间不要求将完整的试验循环时间作为直接检验的一部分,见表10。
5.4.2 试验循环时间应符合GB/T 230.1-2018的规定。
5.4.3 对于自动控制试验循环时间的硬度计,检验试验循环时间所用计时仪器的测量扩展不确定度
(k=2)应不超过0.2s。建议试验循环时间的测量值,加上或减去校准仪器的测量扩展不确定度(k=2),不
超过GB/T 230.1-2018规定的时间限制。
5.4.4 对于需要操作者手动控制试验循环时间的硬度计,应检验硬度计是否能够实现规定的试验循环
时间。
5.5 硬度计迟滞性的校准与检验
5.5.1 应对硬度计进行检查,以确保试验过程中读数不会受到硬度计零部件(如机架、试样夹具等)迟
滞性变形的影响。应通过重复进行硬度试验来检验迟滞性变形的影响,在进行重复硬度试验时,应将直
径不小于10mm的球压头,经过垫块或直接压到试台上,以保证其不产生永久性变形。也可以将一个
平行块放置在压头座和试台之间代替球面直径较大的钝压头。钝压头、垫块和平行块的材料硬度应不
低于60HRC。
注:每次进行洛氏硬度试验时硬度计的某些部件和硬度计架体会发生变形。如果在施加和卸除主试验力F1 的过
程中,这种变形不是完全弹性的,硬度计的压痕深度测量装置会表现出迟滞性,导致测量结果出现偏置或偏差。
迟滞性检验的目的是进行一次不会产生永久压痕的纯弹性试验。这种方法可以测定硬度计变形迟滞性的
程度。
5.5.2 按照5.5.1规定的方法重复进行洛氏硬度试验。试验时应使用常规试验中所用最大试验力的洛
氏标尺。重复进行不超过10次的迟滞性检验程序,并取最后3次试验的平均值。
5.5.3 当使用常规洛氏B、E、F、G、H和K标尺时,最后3次试验的平均值应在(130±1.0)洛氏单位范
围内;当使用其他洛氏标尺时,平均值应在(100±1.0)洛氏单位范围内。
6 硬度计的间接检验
6.1 总则
6.1.1 间接检验是通过在标准硬度块上进行试验的方式对硬度计进行的校准与检验。
6.1.2 宜在(23±5)℃温度范围内,使用按照GB/T 230.3-2022标定的标准硬度块进行间接检验。如
果在此温度范围以外检验,应在检验报告中注明。
6.2 程序
6.2.1 硬度计的间接检验应按照以下程序执行。
应对硬度计将使用的每一个标尺进行检验。对于每一个待检验的标尺,应选用表1中规定的该标
尺相应每一个硬度范围的标准块。标准块硬度值的选择应接近预期使用的极限值。建议选用与标定标
准硬度块时相同的试验循环时间。
仅允许使用标准硬度块的标定面进行试验。
6.2.2 应按照GB/T 230.1-2018的规定,在每个标准块的试验面上均匀分布地压出至少5个压痕,每
个测得的硬度值读数应至少分辨到0.2HR。在压出这些压痕之前,应至少压出两个初始压痕以确保硬
度计工作正常,并且确保标准块、压头和试台正确定位并压牢。这些初始压痕的试验结果应忽略不计。
6.4.2 硬度计的示值误差应符合表2中的规定。
6.5 测量不确定度
附录B给出了洛氏硬度计校准结果测量不确定度的评定方法。
7 洛氏硬度压头的校准与检验
7.1 总则
7.1.1 压头的校准和检验宜在(23±5)℃温度范围内进行。如果在此温度范围以外检验,应在检验报
告中注明。
7.1.2 用于校准和检验的计量器具应溯源到国家基准。
7.2 金刚石圆锥压头
7.2.1 总则
为检验金刚石圆锥压头的可靠性是否满足本文件的要求,应对每个压头进行直接检验和间接检验。
7.2.2 金刚石压头的直接校准与检验
7.2.2.1 与0.3mm压入深度范围相对应的金刚石圆锥面和顶端球面应抛光,两个面的结合应平滑相
切。两个面应无表面缺陷。
7.2.2.2 压头的形状可通过直接测量或光学测量进行检验。应在压头轴线的至少4个等间隔的不同轴
截面(例如0°、45°、90°、135°)上进行检测。也可以使用准直仪进行测量,在这种情况下,宜在至少4个中
心角上进行测量,且应包括120°的中心角。
金刚石压头顶端球面与圆锥结合的位置会因顶端球面半径和圆锥角度的不同而改变。理论上一个
完美压头的几何形状的结合点,沿压头轴线的一条垂线测量,应位于距压头轴线100μm的位置。为避
免在顶端球面半径和圆锥角度测量中包含二者的结合区域,可忽略金刚石表面80μm~120μm 的部分。
7.2.2.3 当按照95%的置信水平计算时,用于检验金刚石压头几何形状的仪器,其扩展不确定度应不大于:
---角度:0.1°;
---半径:0.005mm。
7.2.2.4 金刚石圆锥的顶角应为(120±0.35)°。
7.2.2.5 压头的顶端应为球面,其平均球面半径是按6.2.2.2规定,在至少4个轴截面测量的测量值而
确定的。每一个测量值应在(0.2±0.015)mm以内。平均值应在(0.2±0.01)mm以内。实际半径的局
部偏差应不超过0.002mm。
7.2.3 金刚石压头的间接检验
7.2.3.1 硬度计测得的硬度值不仅取决于压头顶端球面半径和圆锥角度,而且还取决于其表面粗糙度、
金刚石晶轴的位置和金刚石在压头体中的镶装状况。为检验上述影响,应对被检金刚石压头的性能进
行间接检验。间接检验应通过在满足GB/T 230.3-2022要求的标准块上,与满足GB/T 230.3-2022
中5.3要求的标准金刚石压头进行一组比对试验来完成。
应使用符合 GB/T 230.3-2022第5章要求的标准硬度机进行间接检验,检验程序应符合
GB/T 230.3-2022第6章的规定。
金刚石压头可按以下用途之一标定为有证金刚石压头:
---仅适用于常规洛氏硬度标尺;
---仅适用于表面洛氏硬度标尺;
---同时适用于常规洛氏硬度标尺和表面洛氏硬度标尺;
---适用于特定单一洛氏硬度标尺或洛氏硬度标尺的有限组合。
注:由于试验力或其他因素的限制,例如使用侧面切割的金刚石压头测量齿轮齿面硬度,可能需要限制某些金刚石
压头适用标尺的数量。
7.2.3.2 间接检验中使用的标准硬度块,应根据压头将要标定的硬度标尺,在表3、表4、表5、表6或表
7规定的硬度范围内选择。当被检验的金刚石压头用于数量受限的标尺时,对于 HRC标尺,应使用表
5中规定的标准硬度块,对于任意其他金刚石标尺,应使用表7中规定的标准硬度块。
7.2.3.3 应按照GB/T 230.1-2018规定的程序进行试验。
对于每一个标准块,用被检压头压出的3个压痕的平均硬度值,与标准压头压出的3个压痕的平均
硬度值之差应不超过±0.8洛氏单位。在每个标准块上用被检压头压出的压痕与用标准压头压出的压
痕应是相邻的。
7.3 球压头
7.3.1 总体要求
球压头通常由一个球和一个设计合理的单独压头座组成。允许使用顶端为球面的一体压头,球面
压头与试样接触的表面应符合7.3.2规定的尺寸、形状、表面质量和硬度要求,还应符合7.3.3规定的性
能要求。
7.3.2 球压头的直接校准与检验
7.3.2.1 球应抛光且无表面缺陷。
7.3.2.2 使用者应对球进行检验以保证其满足下述要求,或者从球的供应方获得能证明满足下述要求
的球。为了检验球的尺寸、密度和硬度,应从一批球中随机抽取至少一个样品进行检验。经过硬度检验
后的球应予以剔除。
7.3.2.3 在不少于3个位置上测量,球的直径与其标称直径之差应符合表8的规定。
7.3.2.4 碳化钨合金球的特性应符合下列要求。
---硬度:当使用不小于4.903N(HV0.5)的试验力,按照GB/T 4340.1测试时,其硬度应不低于
1500HV。碳化钨合金球可在球面上直接测试硬度,或将球剖开,在球的截面上测试硬度。
表9给出了以HV10标尺测试硬度的实例。
---推荐的化学成分如下:
碳化钨(WC):基体部分;
其他碳化物总量:2.0%(质量分数);
钴(Co):5.0%~7.0%(质量分数)。
7.3.2.5 当使用98.07N试验力,按照GB/T 4340.1测试时,钢球硬度应不低于750HV10(见表9)。
7.4.1 所有金刚石压头和球压头组件应标记其序列号。当由于尺寸的限制,不能在压头上标记序列号
时,则应在其包装容器上标记序列号。
7.4.2 应正确标记使用范围受限的金刚石压头。例如,经过标定用于表面N标尺的金刚石压头,可用
N标记,经过标定用于常规A、C和D标尺的金刚石压头,可用C标记。
8 直接及间接检验的周期
8.1 洛氏硬度计直接检验的周期见表10。
8.2 间接检验的间隔应不超过12个月,并应在直接检验完成后进行一次。对于使用频率较高的硬度
计,可采用更短的时间间隔。
8.3 如果13个月内没有进行过间接检验,则应在使用硬度计前进行直接检验(见表10)。
a 建议金刚石压头使用2年后要对其进行直接检验。
b 可对这些检测项目按顺序进行直接检验(直到硬度计通过间接检验)。如果能够证明压头是失败原因(例如使
用参照压头进行试验),则不需要对硬度计进行直接检验。
c 至少要检验总试验力的保持时间。
9 检验报告
检验报告在硬度计和压头的直接、间接检验中是必要的。检验报告应至少包含以下内容:
a) 注明执行本文件,即GB/T 230.2;
b) 检验方法(直接检验和/或间接检验);
c) 硬度计或压头/球压头座标识的信息;
d) 检验器具(标准块、标准测力仪等);
e) 检验的洛氏硬度标尺;
f) 金刚石压头的检验报告,应注明有证压头的可用标尺;
g) 检验温度[仅在(23±5)℃温度范围之外进行检验时需要报告];
h) 检验结果;
i) 检验日期和检验机构;
j) 检验结果的测量不确定度,示例见附录B。
B.1 概述
测量不确定度分析是确定误差来源和理解测量结果差异的一种有力工具。本附录给出了有关不确
定度的评定指南,如果客户无特殊要求,本方法可供参考。本文件针对硬度计的性能提出的准则已经过
相当长的一段时间的发展和完善。当测定硬度计需要满足某一项规定的允差时,该允差已包含了与所
使用的测量器具和(或)参考标准相关的不确定度,因此,对该不确定度做任何进一步的修正(例如通过
测量不确定度来减小允差)都是不适当的。这适用于对硬度计进行直接检验或间接检验时做的所有测
量。在不同情况下,这些值可以是用于评估硬度计是否符合本文件规定时,所使用的规定计量器具和
(或)参考标准所测得的简单测量值。然而在一些特殊情况下,通过测量不确定度减小允差也是允许的。
这种情况仅适用于相关方协商一致达成协议的场合。
B.2 直接检验---检测硬度计零部件的测量不确定度
B.2.1 试验力校准的不确定度
直接对试验力进行测量,并计算和报告由硬度计施加的每个力的测量值与标准测力仪所指示的相
应标准力值的差值 。直接检验旨在检验每个值是否都在规定的最大允许误差的限值内。因此,下面给
出了一种使用相关试验方法中规定的试验力真值计算值测量不确定度的方法。试验力校准的相对合成
标准不确定度按公式(B.1)计算:
表B.3给出了根据一个试验力的一次测量值1471N(表B.1中主轴第3个高度位置上第1次测量
值),通过按上述公式运算获得的试验力相对误差ΔFrel、试验力相对扩展测量不确定度UF。在某些情
况下,当确定硬度计试验力的最大允许相对误差是否符合要求时,使用者需要对硬度计产生的试验力误
差的相对扩展不确定度UF予以说明。表B.3中的试验力最大相对误差值ΔFmax按公式(B.6)计算:
公式(B.6)中包含了试验力的相对扩展不确定度。在这种情况下,应将硬度计试验力的最大允许相
对误差ΔFmax值(而不是试验力的相对误差ΔFrel值)与5.2.5的规定允差进行比较来判定硬度计的试验
......
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