艾兆春，韓若曦，薛文瑞，劉玉波

(黑龍江華安精益計(jì)量技術(shù)研究院有限公司，黑龍江哈爾濱150046)

0 引言

針對金屬洛氏硬度計(jì)的檢定，傳統(tǒng)的方法是依據(jù)JJG 112國家計(jì)量檢定規(guī)程來進(jìn)行。近年來，由于產(chǎn)品涉及外貿(mào)、波音、空客和核電制造等項(xiàng)目，很多計(jì)量儀器設(shè)備均要求按照ASTM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)。目前，金屬洛氏硬度計(jì)依據(jù)美國標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)的規(guī)范是ASTM E18-15《金屬材料洛氏硬度標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》，并在附錄A1和附錄A3給出了詳細(xì)的介紹。其中附錄A1為硬度計(jì)的校準(zhǔn)，附錄A3為硬度計(jì)壓頭的校準(zhǔn)。

ASTM E18-15《金屬材料洛氏硬度標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》主要包含洛氏硬度計(jì)的校準(zhǔn)、洛氏硬度標(biāo)準(zhǔn)儀器、硬度計(jì)壓頭的校準(zhǔn)和硬度塊的校準(zhǔn)等，而JJG 112-2013《金屬洛氏硬度計(jì)檢定規(guī)程》(以下簡稱JJG 112)只規(guī)定了硬度計(jì)的檢定內(nèi)容，對于硬度塊的檢定是另外一本規(guī)程，規(guī)程代號為JJG 113-2013。本文主要介紹ASTM E18-15附錄A1，A3部分(以下簡稱ASTM E18)和JJG 112之間的不同。

1 檢定/校準(zhǔn)項(xiàng)目的分析比較

1.1 JJG 112-2013中對金屬洛氏硬度計(jì)檢定項(xiàng)目的要求

JJG 112-2013《金屬洛氏硬度計(jì)檢定規(guī)程》中規(guī)定的檢定項(xiàng)目主要分為首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢查三個(gè)方面［1］。對于我們計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)檢定而言，工作所涉及的主要內(nèi)容為首次檢定和后續(xù)檢定。金屬洛氏硬度計(jì)的檢定項(xiàng)目［2］詳見表1。

表1 金屬洛氏硬度計(jì)檢定項(xiàng)目

1.2 ASTM E18對金屬洛氏硬度計(jì)校準(zhǔn)項(xiàng)目的要求

針對金屬洛氏硬度計(jì)的校準(zhǔn)，ASTM E18中主要分為四個(gè)方面:直接校準(zhǔn)、間接校準(zhǔn)、日常檢驗(yàn)和壓頭的校準(zhǔn)［2］。

直接校準(zhǔn)可分為硬度計(jì)試驗(yàn)力、壓痕深度測量系統(tǒng)、機(jī)械滯后和校準(zhǔn)周期內(nèi)檢驗(yàn)四個(gè)部分;間接校準(zhǔn)可分為硬度示值和壓頭兩個(gè)部分;日常核驗(yàn)主要是利用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊對硬度計(jì)性能進(jìn)行日常監(jiān)督;壓頭的校準(zhǔn)分為洛氏金剛石壓頭和洛氏硬質(zhì)合金球壓頭兩個(gè)部分。

1.3 檢定/校準(zhǔn)項(xiàng)目比較分析

由表1中可以看出，JJG 112-2013中對首次檢定項(xiàng)目要求較多，而對后續(xù)檢定項(xiàng)目則省略了很多項(xiàng)目，ASTM E18不分首次校準(zhǔn)和后續(xù)校準(zhǔn)，對于新制造和使用中的硬度計(jì)所校準(zhǔn)的項(xiàng)目都是一樣的，這一點(diǎn)比國家檢定規(guī)程要求更加嚴(yán)格。其次，JJG 112中對硬度計(jì)的外觀、主軸的垂直度和主軸軸線的同軸度有相關(guān)要求，ASTM E18中沒有給出這方面的校準(zhǔn)方法。

ASTM E18中對校準(zhǔn)周期內(nèi)的檢驗(yàn)做了較詳細(xì)的介紹，包含了JJG 112中加力及保持時(shí)間項(xiàng)目，還包含了壓頭接觸速率和最初試驗(yàn)力保持時(shí)間，這兩項(xiàng)在JJG 112中沒有給出檢定要求。

壓頭的檢定中，JJG 112給出的結(jié)論只有合格與不合格兩種，ASTM E18可將壓頭進(jìn)行等級劃分，洛氏金剛石壓頭和洛氏硬質(zhì)合金球壓頭可分為A級和B級兩種。對于球壓頭，JJG 112分為鋼球壓頭和硬質(zhì)合金球壓頭兩種，允許使用鋼球壓頭，而ASTM E18中規(guī)定，不允許使用鋼球壓頭作為校準(zhǔn)結(jié)果。

2 檢定/校準(zhǔn)方法的分析比較

ASTM E18和JJG 112在檢定/校準(zhǔn)方法上有很多相似之處，但也有較大的區(qū)別。如在硬度計(jì)試驗(yàn)力、硬度示值和壓痕測深等檢定/校準(zhǔn)方法上基本是相同的。在硬度計(jì)試驗(yàn)力的檢定/校準(zhǔn)過程中，唯一的區(qū)別就是對使用的測力儀有不同要求，ASTM E18中規(guī)定測力儀的最大允許誤差至少為±0.25%，JJG 112中規(guī)定測力儀的準(zhǔn)確度等級為0.3級。ASTM E18對硬度計(jì)示值的校準(zhǔn)要求是可至少選用高和低兩種范圍進(jìn)行校準(zhǔn)，JJG 112則要求選用高、中、低三種范圍進(jìn)行檢定。在ASTM E18和JJG 112中都對硬度計(jì)壓痕測量裝置的檢定做了詳細(xì)的介紹，JJG 112中提到“若對壓痕測深裝置不能直接檢定，可通過標(biāo)準(zhǔn)硬度塊和標(biāo)準(zhǔn)壓頭間接檢定壓痕測深裝置”;而在ASTM E18中則沒有提及，只對壓痕測深標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行了介紹。

ASTM E18和JJG 112在試樣位移、機(jī)架變形和機(jī)械滯后有較大的差別。例:ASTM E18中對機(jī)械滯后校準(zhǔn)的規(guī)定是使用壓頭支撐面直接作用于砧座或非常硬的硬度塊，重復(fù)進(jìn)行10次測量，當(dāng)使用B，E，F(xiàn)等標(biāo)尺時(shí)，其值為(130±1.0)HR，當(dāng)使用C，N等標(biāo)尺時(shí)，其值應(yīng)為(100±1.0)HR。JJG 112中規(guī)定使用一個(gè)直徑不小于10 mm的球壓頭，將不低于60 HRC的硬度塊放在平臺(tái)上，重復(fù)測量6次，取后3次結(jié)果作為最終結(jié)果，對于不帶鎖緊機(jī)構(gòu)的硬度計(jì)其結(jié)果不應(yīng)超過1.5 HR，對于帶鎖緊機(jī)構(gòu)的硬度計(jì)，其結(jié)果不超過0.5HR。

3 技術(shù)指標(biāo)分析比較

ASTM E18和JJG 112中檢定/校準(zhǔn)項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)有相同之處也有很多不同之處。本文主要從直接檢驗(yàn)和間接檢驗(yàn)兩個(gè)部分進(jìn)行分析，在直接檢驗(yàn)部分中，硬度計(jì)試驗(yàn)力、壓痕測深裝置、加力及保持時(shí)間等項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)對比分析結(jié)果見表2。壓頭項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)比較見表3。

值得注意的是在硬度計(jì)試驗(yàn)力、壓頭、加力及保持時(shí)間等項(xiàng)目上技術(shù)指標(biāo)的要求存在較大差異，而在壓痕測深裝置的檢定/校準(zhǔn)上，其技術(shù)指標(biāo)要求基本相同。

表2 直接檢驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)比對

對于硬度計(jì)壓頭的檢定/校準(zhǔn)，美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM E18分為A級、B級和參考級，而JJG 112則分為標(biāo)準(zhǔn)級和普通級兩類，參考級壓頭的技術(shù)指標(biāo)沒有給出。

4 檢定/校準(zhǔn)周期的比較分析

國家檢定規(guī)程要求金剛石壓頭檢定周期一般不超過4年，鋼球壓頭的檢定周期未給出，金屬洛氏硬度計(jì)的檢定周期一般不超過1年。

美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM E18-15針對不同級別的壓頭分別給出不同的要求。等級B的金剛石壓頭要求在新購買時(shí)和懷疑有損壞時(shí)需要重新校準(zhǔn);等級A的金剛石壓頭要求在1年內(nèi)和懷疑有損壞時(shí)需重新校準(zhǔn);參考級壓頭要求新購買時(shí)和懷疑有損壞時(shí)需要重新校準(zhǔn)。美國標(biāo)準(zhǔn)還給出了等級A和等級B硬質(zhì)合金球壓頭的校準(zhǔn)要求，當(dāng)新購買時(shí)和懷疑有損壞時(shí)重新校準(zhǔn)固定器，即固定壓頭的壓頭冒，在重新校準(zhǔn)固定器方法上，美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM E18-15中A1.5.3.1中日常核驗(yàn)方法有所提及，由于國家檢定規(guī)程JJG 112中沒有說明，這里將不進(jìn)行分析比較。

表3 硬度計(jì)壓頭的技術(shù)指標(biāo)比對

5 結(jié)論

本文分別對ASTM E18-15和JJG 112-2013兩本規(guī)范進(jìn)行了系統(tǒng)的分析比較，主要包含檢定/校準(zhǔn)項(xiàng)目、檢定/校準(zhǔn)方法、技術(shù)指標(biāo)和檢定/校準(zhǔn)周期四個(gè)方面。通過比較，我們得知兩者之間存在的差異還是很大的(JJG 112-2013同歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN ISO 6508-2較相似)，而美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM自成體系，在技術(shù)指標(biāo)要求上更加嚴(yán)格，在校準(zhǔn)方法上更加細(xì)致。ASTM E18-15包含了硬度計(jì)校準(zhǔn)、壓頭校準(zhǔn)、硬度塊的校準(zhǔn)以及一些試驗(yàn)方法，內(nèi)容涉及范圍較廣，而國家檢定規(guī)程JJG 112中只包含了硬度計(jì)和壓頭兩個(gè)方面，對于洛氏硬度塊的檢定是另外一本規(guī)程。實(shí)際表明，我國國家計(jì)量檢定規(guī)程等效歐洲一些標(biāo)準(zhǔn)，代表著國際平均水平，同美國等發(fā)達(dá)國家還存在這一定差距。在日常工作中，國產(chǎn)硬度計(jì)若按美國標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)，有些參數(shù)是不能滿足其要求的，尤其注意到的地方是壓頭的校準(zhǔn)，現(xiàn)在國內(nèi)的生產(chǎn)技術(shù)水平與國外有一定差距，在日常校準(zhǔn)工作中應(yīng)引起重視。

［1］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJG 112-2013金屬洛氏硬度計(jì)(A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H，K，N，T標(biāo)尺)［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

［2］國防科工委科技與質(zhì)量司.力學(xué)計(jì)量:上冊［M］.北京:原子能出版社，2002.

［3］The American association of test materials.ASTM E18-15 Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials［S］.2010.