标准搜索结果: 'GB/T 4340.1-2024'
| 标准编号 | GB/T 4340.1-2024 (GB/T4340.1-2024) | | 中文名称 | 金属材料 维氏硬度试验 第1部分: 试验方法 | | 英文名称 | Metallic materials - Vickers hardness test - Part 1: Test method | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | H22 | | 国际标准分类 | 77.040.10 | | 字数估计 | 38,326 | | 发布日期 | 2024-05-28 | | 实施日期 | 2024-12-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 4340.1-2024: 金属材料 维氏硬度试验 第1部分: 试验方法
ICS 77.040.10
CCSH22
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 4340.1-2009,部分代替GB/T 9790-2021
金属材料 维氏硬度试验
第1部分:试验方法
2024-05-28发布
2024-12-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
引言 Ⅴ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 符号和说明 2
5 原理 2
6 硬度计 3
7 试样 4
8 试验程序 4
9 结果的不确定度 7
10 试验报告 7
附录A(规范性) 试样最小厚度与试验力和硬度的关系 8
附录B(规范性) 在曲面上进行试验时使用的修正系数表 10
附录C(规范性) 测定金属及其他无机覆盖层的维氏硬度 14
附录D(规范性) 使用者对硬度计、对角线长度测量系统和压头的期间核查 18
附录E(资料性) 柯勒照明系统的调整 19
附录F(资料性) 硬度值测量的不确定度 20
附录G(资料性) 维氏硬度测量的溯源性 25
附录H (资料性) CCM-硬度工作组 28
参考文献 29
前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
本文件是GB/T 4340《金属材料 维氏硬度试验》的第1部分。GB/T 4340已经发布了以下部分:
---第1部分:试验方法;
---第2部分:硬度计的检验与校准;
---第3部分:标准硬度块的标定;
---第4部分:硬度值表。
本文件代替GB/T 4340.1-2009《金属材料 维氏硬度试验 第1部分:试验方法》,部分代替
GB/T 9790-2021《金属材料 金属及其他无机覆盖层的维氏和努氏显微硬度试验》。本文件以
GB/T 4340.1-2009为主,整合了GB/T 9790-2021的部分内容。与GB/T 4340.1-2009相比,除结
构调整和编辑性改动外,主要技术变化如下:
---更改了范围,增加本文件也适用于硬质合金、其他烧结碳化物、金属及其他无机覆盖层,将维氏
硬度试验力值的下限扩展到0.009807N(见第1章,GB/T 4340.1-2009的第1章);
---增加了针对不同的对角线长度测量范围相应压痕测量系统的分辨率要求(见表3);
---增加了硬质合金的试样厚度应至少为1mm(见7.3);
---增加了金属及其他无机覆盖层维氏硬度的测定(见7.6);
---增加了典型试验力HV0.001、HV0.002、HV0.003和HV0.005(见表4);
---增加了期间核查(见8.3);
---更改了施力时间和最大力下的保持时间的目标值(见8.6,GB/T 4340.1-2009的第7章);
---增加了相邻压痕的最小距离和任一压痕距离试样边缘的最小距离(见图2);
---增加了曲率修正和硬度转换方法的要求(见第10章);
---增加了规范性附录“测定金属及其他无机覆盖层的维氏硬度”(见附录C);
---更改了附录D为规范性附录,增加了对角线长度测量系统和压头的期间核查内容,增加了
表D.1HV最大允许偏差百分比以及压头检查(见附录D,GB/T 4340.1-2009的附录C)。
本文件修改采用ISO 6507-1:2023《金属材料 维氏硬度试验 第1部分:试验方法》。
本文件与ISO 6507-1:2023的技术差异及其原因如下:
---用规范性引用的GB/T 4340.2替换了ISO 6507-2:2018(见第6章、附录D),以适应我国的技
术条件、增加可操作性;
---增加了对JJG151的规范性引用(见6.1),以适应我国的技术条件、增加可操作性;
---用规范性引用的GB/T 4340.3替换了ISO 6507-3(见附录D),以适应我国的技术条件、增加可
操作性。
本文件做了下列编辑性改动:
---用资料性引用的GB/T 21838.1替换了ISO 14577-1(见第1章、8.9、附录C);
---用资料性引用的GB/T 21838.2替换了ISO 14577-2(见8.9);
---用资料性引用的GB/T 21838.3替换了ISO 14577-3(见8.9);
---用资料性引用的GB/T 4340.4替换了ISO 6507-4(见8.10);
---增加了对JJF1059.1的资料性引用(见第9章);
---用资料性引用的GB/T 6462替换了ISO 1463(见附录C);
---用资料性引用的GB/T 21838.4替换了ISO 14577-4(见附录C)。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国钢铁工业协会提出。
本文件由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183)归口。
本文件起草单位:钢铁研究总院有限公司、江阴兴澄特种钢铁有限公司、浙江金洲管道工业有限公
司、浙江久立特材科技股份有限公司、上海尚材试验机有限公司、首钢集团有限公司、常州市联谊特种不
锈钢管有限公司、浙江省特种设备科学研究院、青岛万汇遮阳用品有限公司、内蒙古君诚兴业管道有限
责任公司、冶金工业信息标准研究院、重庆钢铁股份有限公司、国标(北京)检验认证有限公司、中国计量
科学研究院。
本文件主要起草人:高怡斐、孟羽、钟雪泉、苏诚、侯晓东、卫志清、邱宇、陈丽敏、董莉、陈向俊、
张军、郭凤勇、潘时松、张红菊、马亚鑫、侯慧宁、张明、史文华、张春芬、吴朝晖、许辉庭、陈玉枝、赵永锋、
王晓宁。
本文件所代替文件的历次版本发布情况为:
---GB/T 4340-1984、GB/T 4340.1-1999、GB/T 4340.1-2009;
---GB/T 9790-1988、GB/T 9790-2021。
引 言
GB/T 4340《金属材料 维氏硬度试验》旨在规范金属材料维氏硬度试验方法、硬度计的检验与校
准、标准硬度块的标定和硬度值等内容。
GB/T 4340由4个部分构成:
---第1部分:试验方法;
---第2部分:硬度计的检验与校准;
---第3部分:标准硬度块的标定;
---第4部分:硬度值表。
本文件提供了维氏硬度的试验方法。
金属材料 维氏硬度试验
第1部分:试验方法
1 范围
本文件规定了金属维氏硬度试验的原理、硬度计、试样、试验程序、结果的不确定度及试验报告。
本文件规定了按三个试验力范围测定金属材料维氏硬度的方法(见表1)。
表1 试验力范围
试验力范围/N 硬度符号 试验名称
F≥49.03 ≥HV5 维氏硬度试验
1.961≤F< 49.03 HV0.2~< HV5 小力值维氏硬度试验
0.009807≤F< 1.961 HV0.001~< HV0.2 显微维氏硬度试验
本文件规定维氏硬度压痕对角线的长度范围为0.020mm~1.400mm。对于压痕对角线长度小于
这个范围的,利用本方法测定维氏硬度会由于光学测量系统的局限和压头几何形状的不完美导致较大
的不确定度。
本文件还规定了使用者对硬度计作日常检查的周期性检查方法。
本文件适用于硬质合金、其他烧结碳化物,以及金属和其他无机覆盖层,包括铝基材上的电泳覆盖
层、自催化涂层、喷涂涂层和阳极涂层。
本文件适用于垂直于覆盖层表面的压痕测量和横截面的测量,前提是覆盖层的特性(光滑度、厚度
等)允许准确读取压痕的对角线。
本文件不适用于垂直于覆盖层表面进行测试时厚度小于0.030mm的涂层和测试覆盖层横截面时
厚度小于0.100mm的涂层,GB/T 21838.1能用于测定较小压痕的硬度。
特殊材料或产品的维氏硬度试验在相关标准中规定。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
本文件。
GB/T 4340.2 金属材料 维氏硬度试验 第2部分:硬度计的校验与校准(GB/T 4340.2-
2012,ISO 6507-2:2005,MOD)
GB/T 4340.3 金属材料 维氏硬度试验 第3部分:标准硬度块的标定(GB/T 4340.3-2012,
ISO 6507-3:2005,MOD)
JJG151 金属维氏硬度计检定规程
3 术语和定义
本文件没有需要界定的术语和定义。
4 符号和说明
4.1 本文件所使用的符号和说明
符号和说明见表2。
表2 符号和说明
符号 说明 单位
d 两压痕对角线长度d1和d2的算术平均值,见图1 mm
F 试验力 N
HV
维氏硬度=
试验力(kgf)
压痕表面积(mm2)
gn
试验力(N)
压痕表面积(mm2)
gn
d2/2sin
gn
2Fsin
d2
其中α取公称136°时,
维氏硬度≈0.1891×
d2
α 金刚石压头顶部两相对面平均夹角(公称136°),见图1 (°)
为了减小不确定度,维氏硬度计算可用压头的实际平均压头角度α
注:标准重力加速度gn=9.80665m/s2,为从kgf转换成 N的转换因子。
4.2 维氏硬度值的表示
维氏硬度HV如下例所示。
640
维氏硬度值
HV
硬度符号
施加试验力的近似kgf等效值,其中(30kgf=294.2N)
/20
试验力的保持时间(20s),如果不在规定范围内(10s~15s)
5 原理
将顶部两相对面具有规定角度的正四棱锥金刚石压头用一定的试验力压入试样表面,保持一段时
间后,卸除试验力,测量试样表面压痕对角线长度(见图1)。
图1 试验原理(压头的几何形状和维氏压痕)
维氏硬度值是试验力除以压痕表面积所得的商,压痕被视为具有正方形基面并与压头角度相同的
理想形状。
注1:正四棱锥压头的顶点与基底的中心对齐。
注2:为便于应用,本文件已采纳国际计量委员会(CIPM)下的质量及相关量咨询委员会(CCM)框架下的硬度工作
组(CCM-WGH)定义的硬度试验参数。
6 硬度计
6.1 一般要求
硬度计应符合GB/T 4340.2和JJG151的规定,在要求的试验力范围内施加规定的试验力。
6.2 压头
压头应是具有方形基面的正四棱锥金刚石,并符合GB/T 4340.2规定。
6.3 对角线测量系统
对角线长度测量系统应符合GB/T 4340.2的相应要求。
压痕测量系统宜能够将对角线放大到视场的25%~75%。很多物镜在视场边缘是非线性的。
如果采用相机的对角线测量系统在设计时已经考虑了光学测量系统视场的限制,则该系统测量时
可使用相机视场的100%。
对角线测量系统所需的分辨率取决于待测最小压痕的尺寸,并应满足表3的要求。在确定测量系
统的分辨率时,应考虑显微光学系统的分辨率、测量标尺的数字分辨率以及适用时任何阶段移动的
步长。
表3 测量系统的分辨率
对角线长度d
mm
测量系统的分辨率
0.020≤d< 0.080 0.0004mm
0.080≤d≤1.400 d的0.5%
7 试样
7.1 待测表面
除非产品标准中另有规定,试样表面应平坦光滑,试验面上应无氧化皮及外来污物,尤其不应有油
脂。试样表面的质量应保证压痕对角线长度的测量精度。对于硬质合金样品,试样表面层的去除厚度
不应小于0.2mm。
7.2 试样制备
制备试样时应采取合适的表面加工方式,以避免过热或冷加工损伤表面或改变样品表面硬度。
由于显微维氏硬度压痕很浅,在制备试样时应采取特殊措施。推荐根据材料特性采用合适的机械
抛光/电解抛光工艺制备试样。
7.3 试样厚度
试样或试验层厚度应至少为压痕对角线长度的1.5倍,依附录A所述。试验后试样背面不应出现
可见变形。
硬质合金的试样厚度应至少为1mm。
注:压痕深度大约为对角线长度的1/7(0.143d)。
7.4 曲面上的试验
对于在曲面试样上试验的结果,应使用附录B的表B.1~表B.6进行修正。
7.5 不稳试样的支承
对于小横截面或形状不规则的试样,宜使用类似金相的镶嵌专用支承台。支承材料宜充分支承试
样,保证在加力过程中试样不发生移动。
7.6 金属及其他无机覆盖层
当测定金属及其他无机覆盖层的维氏硬度时,应按照附录C规定的附加步骤和要求进行。
8 试验程序
8.1 试验温度
试验通常在10℃~35℃范围的室温进行。如果不在此温度范围内试验,应在报告中说明。对于
温度要求严格的试验,应在23℃±5℃进行。
8.2 试验力
典型的试验力如表4所示,也可选用其他包括大于980.7N,但不小于0.009807N的试验力开展
试验。选择的试验力应使所产生压痕对角线的长度不小于0.020mm。
注:对于硬质合金,首选的试验力为294.2N(HV30)。
表4 典型的试验力
维氏硬度试验a 小力值维氏硬度试验 显微维氏硬度试验
硬度符号 试验力/N 硬度符号 试验力/N 硬度符号 试验力/N
- - - - HV0.001 0.009807
- - - - HV0.002 0.01961
- - - - HV0.003 0.02942
- - - - HV0.005 0.04903
HV5 49.03 HV0.2 1.961 HV0.01 0.09807
HV10 98.07 HV0.3 2.942 HV0.015 0.1471
HV20 196.1 HV0.5 4.903 HV0.02 0.1961
HV30 294.2 HV1 9.807 HV0.025 0.2452
HV50 490.3 HV2 19.61 HV0.05 0.4903
HV100a 980.7 HV3 29.42 HV0.1 0.9807
a 维氏硬度试验可使用大于980.7N的标称试验力。
8.3 期间核查
附录D定义的期间核查应在每个试验力使用前的一周内进行,推荐在当天使用前进行。试验力发
生变化时推荐进行期间核查。硬度计更换压头时应进行期间核查。
8.4 试样的支承和取向
试样应稳固地放置于刚性支承台上以保证试验中试样不发生位移。试样支承面应清洁且无其他污
物(氧化皮、油脂、灰尘等)。
对于各向异性材料,例如某些经过深度冷加工的材料,压痕的对角线长度可能会不同。因此宜尽可
能地使压痕的对角线取向与材料的冷加工方向大约保持45°的关系。产品规范可能会给出压痕两条对
角线差异的极限。
8.5 检测面的聚焦
对角线长度测量系统应聚焦,保证试样表面和待测区域能够被观测到。
注:有些硬度计不要求显微镜聚焦在试样表面。
8.6 试验力的施加
压头应与试样表面接触,应施加垂直于试样表面的试验力,加力过程中不应有冲击和振动或过
载,直至将试验力施加至规定值。从加力开始至全部试验力施加完毕的时间应为7+1-5s。
注1:要求的试验时间以非对称极限的形式给出。例如,7+1-5s表示7s是名义保持时间,可接受的范围是不超过
8s,不短于2s。
对于维氏硬度试验和小力值维氏硬度试验,压头接触试样的速率不应大于0.2mm/s。对于显微维
氏硬度试验,压头接触试样的速率不应大于0.070mm/s。
试验力保持时间应为14+1-4s,除非试验材料的硬度对保持时间敏感。当采用特殊保持时间时,应在
硬度试验结果中标注(见4.2)。
注2:有证据表明某些材料对应变速率敏感,应变速率不同会导致屈服强度的变化。相应的压痕的成形时间能引起
硬度值的变化。
8.7 避免冲击和震动
在整个试验期间,硬度计应避免受到冲击和震动。
8.8 相邻压痕的最小间距
图2给出了相邻压痕的最小距离和任一压痕到试样边缘的最小距离。
任一压痕中心到试样边缘的距离,对于钢、铜和铜合金应至少为压痕对角线长度的2.5倍;对于轻
金属、铅、锡及其合金应至少为压痕对角线长度的3倍。
两相邻压痕中心之间的距离,对于钢、铜和铜合金应至少为压痕对角线长度的3倍;对于轻金属、
铅、锡及其合金应至少为压痕对角线长度的6倍。如果相邻压痕大小不同,应以较大压痕确定压痕
间距。
标引序号说明:
1---试样边缘;
2---钢、铜和铜合金;
3---轻金属,铅、锡及其合金。
图2 维氏压痕的最小间距
8.9 压痕对角线长度的测量
应测量压痕对角线的长度,用两个对角线长度的算术平均值计算维氏硬度。对于所有试验,显微镜
应能清晰地观测到压痕的外缘。
宜选取合适的放大倍数将对角线放大到视场的25%~75%,见6.3。
注1:试验力的降低通常会增加测量结果的分散性。尤其对于小力值和显微维氏硬度试验,在测量压痕对角线长度
时将受限。对于显微维氏硬度试验,光学显微镜平均对角线长度的测量精度一般不太可能优于±0.001mm。
注2:附录E给出了柯勒照明系统用于调整光学测量系统的技术。
对于平面试样,压痕对角线的长度相差不宜超过5%。如果压痕对角线的长度相差超过5%,应在
报告中注明。
对于对角线长度不大于0.02mm 的压痕的硬度测量可参照 GB/T 21838.1、GB/T 21838.2和
GB/T 21838.3。
8.10 维氏硬度值的计算
维氏硬度值按照表2给出的公式进行计算,也能用GB/T 4340.4给出的硬度换算表确定。对于曲
面试样,应按附录B的修正系数进行修正。
9 结果的不确定度
完整的不确定度评估宜依据JCGM100:2008测量不确定度表示指南(也可参考我国文件
JJF1059.1)进行。对于硬度试验,通常有以下两种评定测量不确定度的方法,与不确定度来源的类型
无关。
---基于在直接校准中对所有出现的相关不确定度分项的评估。
---基于用标准硬度块进行间接校准(简称CRM,有证标准物质)。测定指南见附录F。
以上方法通常不能够测定所有的不确定度分项。在这种情况下,可用A类标准不确定度对试样压
痕的数据分析进行估计。A类标准不确定度和B类标准不确定度合成时,宜注意不确定度分项不能重
复计入 (见JCGM100:2008中第4章)。
10 试验报告
除非相关方另有约定,试验报告应至少包括以下内容:
a) 本文件编号;
b) 识别试样所需的全部信息;
c) 试验日期;
d) 按照4.2格式给出的试验结果,用HV表示;
e) 如果需要曲率修正的,试样表面的曲率;
f) 不在本文件规定之内的各种操作;
g) 影响试验结果的各种细节;
h) 试验温度不在8.1规定范围时,注明试验温度;
i) 与另一种硬度标尺换算时,换算的基础和方法。
尚无普遍通用的方法将维氏硬度精确地换算成其他硬度或抗拉强度。因此宜避免这种换算,除非
通过对比试验建立了可靠的换算基础(见GB/T 33362)。
注:仅在试验力相同的情况下,才有可能对硬度值作精确比较。
附 录 A
(规范性)
试样最小厚度与试验力和硬度的关系
试样最小厚度与试验力和硬度的关系如图A.1所示。
标引符号说明:
X---试样厚度,单位为毫米(mm);
Y---硬度值,用 HV表示。
图A.1 试样最小厚度与试验力和硬度的关系(HV0.2~HV100)
图A.2所示的列线图用于确定试样最小厚度,本图按试样最小厚度为压痕对角线长度的1.5倍设
计。将试验力(右侧标尺)和硬度值(左侧标尺)做一连接线,此连接线(如图A.2示例中的虚线所示)与
中间标尺的交点所示的值为该条件下的试样最小厚度。
a 硬度值,用 HV表示。
b 最小厚度t,单位为毫米(mm)。
c 对角线长度d,单位为毫米(mm)。
d 硬度符号,HV。
e 试验力F,单位为牛顿(N)。
图A.2 试样最小厚度图(HV0.01~HV100)
附 录 B
(规范性)
在曲面上进行试验时使用的修正系数表
B.1 球面
表B.1和表B.2给出了在球面上进行试验时的修正系数。
修正系数根据压痕对角线长度的算术平均值(d)与球直径(D)的比率列表。
示例:
凸球面 D=10mm
试验力 F=98.07N
压痕对角线长度的算术平均值 d=0.150mm
D =
0.150
10 =0.015
维氏硬度 HV=0.1891×
98.07
(0.15)2=824HV10
用表B.1通过内插法求得修正系数=0.983
球体硬度=824×0.983=810HV10
表B.1 凸球面
d/D 修正系数 d/D 修正系数
0.004 0.995 0.086 0.920
0.009 0.990 0.093 0.915
0.013 0.985 0.100 0.910
0.018 0.980 0.107 0.905
0.023 0.975 0.114 0.900
0.028 0.970 0.122 0.895
0.033 0.965 0.130 0.890
0.038 0.960 0.139 0.885
0.043 0.955 0.147 0.880
0.049 0.950 0.156 0.875
0.055 0.945 0.165 0.870
0.061 0.940 ......
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