ASTM与计量检定规程关于硬度块检定方法的比较分析

　　0 引言

　　传统的硬度计量检定使用的标准都是国家颁布的计量检定规程。近 5 年来，西安飞机 ( 集团) 有限公司、沈阳黎明航空发动机有限责任公司、上海飞机制造有限责任公司等飞机制造企业，由于承包波音、空客等飞机零部件的加工项目，外方要求必须按美标ASTM 来进行校准。作为国防一级计量机构，我们承接的按美标校准的任务越来越重，同时也接到很多咨询电话，结果显示，许多人对美标都不甚了解，对校准方法和后续处理比较模糊，有必要详细介绍一下。

　　跟计量检定规程一样，ASTM 也把校准内容分成两部分内容: 硬度计的校准和硬度块的校准。由于涉及布氏、洛氏、维氏、表面洛氏 ( 简称表洛) 、显微、努氏等多个硬度种类，内容繁多，在此我们只对以上六种硬度试验方法中硬度块的校准方法作一比较和分析。除外观检查之外，计量检定规程中硬度块的主要检定项目有硬度、均匀度; 非首检的还有稳定性，并出具检定证书; 在美标中校准的主要项目有压痕直径、硬度、对角线偏差; 同时需要考查公差，计算不确定度，出具校准证书。

　　1 显微硬度块、努氏硬度块和维氏硬度块的校准

　　1. 1 依据标准

　　显微硬度、努氏硬度、维氏硬度从试验原理和方法来说是一致的。显微硬度可以归结为维氏硬度的一种，二者所用压头一致，都为两相对面夹角为 136°的正四棱椎体金刚石压头; 不同之处在于显微硬度所用试验力较小，一般在9. 8 N 以下，维氏硬度的试验力一般在 49. 03 N 以上。努氏硬度与二者的差别在于所用的压头不同，努氏硬度使用两长棱夹角为 172°30'的金刚石长棱形压头，其常用试验力范围与显微硬度基本一致，均属于微小负荷。显微硬度和维氏硬度使用同一计量检定规程，努氏硬度则另有规程。ASTM 更新频繁，以上所提的三种硬度试验均使用同一版本，现行有效版本是 ASTME 384 -10ε2。该标准把维氏硬度块和硬度计的校准也包含在内，所以现在显微和维氏 ASTM 依据的是同一标准。在该标准的附录 2 中明确规定了对标准块的要求，如硬度块的厚度、退磁处理、垂直度、平行度、重新抛光研磨后的硬度块不准使用等。除这些物理性能外，关于硬度块的校准和后续处理也做了相关要求，见表 1，均匀度的要求见表 2。

　　1. 2 校准和后续处理

　　ASTM 要求显微硬度块最少校准 5 点 ( 之前的版本中要求至少 25 点) ，一点在中心，其余四点分布

　　在四个象限的中心。ASTM 中均匀度以对角线平均值来考查，这与检定规程中以硬度值来考查不同。在ASTM 中硬度块的均匀度定义为所有压痕对角线长度的最大值与最小值之差除以所有压痕对角线长度的平均值。而计量检定规程定义为硬度块上 5 个不同区域的硬度值之极差除以 5 点硬度值的平均值。标识的处理也不同，计量检定检规中标识刻在标准块的非工作面上，包括编号和硬度值，考虑到显微硬度块尺寸都比较小，不便于硬度值复检中更改，所以也可不刻硬度值而只刻编号。ASTM 要求在工作面刻制造商或标准块厚度，我们的处理方法是刻制造商的英文简称。硬度块编号、校准单位的英文缩写、硬度值分别刻在三个侧面。ASTM 在证书报告中要求有以下内容: 所有压痕的直径，全部压痕的算术平均值和相应的硬度值，这里的硬度值不应是 5 点硬度的平均值，而应是用 5 点压痕的算术平均值计算出的硬度值，这也是ASTM 与计量检定规程的不同之处: ASTM 强调压痕直径，计量检定规程强调硬度值。二者所要求的技术指标也不同，根据维氏硬度测量分项不确定度的灵敏系数 ( 即以前的误差传递公式中的传递系数) :ΔHV/HV =2Δd/d，所以以硬度值为指标的均匀度是以对角线为指标的均匀度的 2 倍。在 JJG148 - 1991中对显微维氏标准块的均匀度要求较严格，但均匀度指标与工作基准机的不确定度相近，这样判断均匀度的合格与否可靠性较小，因此在 JJG148 - 2006 中对均匀度指标做了改动，修改后的均匀度要求基本与ISO 要求一致，唯一不同的是对 HV0. 05 ～ HV0. 2 范围内的均匀度要求为 6. 0%，而 ISO 要求 8%，这里主要考虑的是我国生产的硬度块可以达到 6%，且工作基准机的不确定度远小于 6%，没有必要放宽到8% 。