维氏硬度测试方法对比：ASTM E92、NADCAP与国标GB/T 4340.1的差异解析

维氏硬度测试方法对比：ASTM E92、NADCAP与国标GB/T 4340.1的差异解析

硬度测试是静态硬度测试中更准确的方法。在测试过程中，发现在ASTM E92-2017中对对角线确定压痕的理解“ and Metal 的标准测试方法”第7.10.3章中如下：对角度长度的一半。线路不应大于另一个对角线的长度的5％，并且（NASA和国防工业对航空航天行业的特殊产品和流程的认证）审计建议指出，任何对角线的一半不应大于那个对角线。该线的另一半超过5％。同时，国家标准GB/T 4340.1-2009“金属材料的硬度测试第1部分：测试方法”规定，在飞机上的两个对角线凹痕的长度之间的差异不应超过平均对角线对角线的长度为5％。可以看出，不同的测试方法需要影响相同凹痕的判断。研究人员改变了样品的倾斜角，并产生了不规则的压痕。他们比较并分析了上述三种判断方法的计算结果，以优化压痕不规则压痕材料的硬度测试结果。

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测试方法和仪器

1.1测试方法

样本号为，标准显示值为457HV，均匀性为2.8％。标准样品用于执行比较测试。

测试负载：0.2kGF（1kGF = 9。）。使用角度作为变量，并同时测量对角线线的长度，尝试选择可以清楚区分凹痕的负载，并且在更改角度时不会损害设备。

测试角度：0°和1°。标准板相对于阶段的角度为0°和1°。 0°测量结果和计算结果用作标准，并将其他角度的测量值与标准曲线进行比较。为了进行比较，抬高样品的上端以改变角度，并确保仅更改垂直角度。

选择标准表硬度：中值硬度。由于需要调整样品表面以使其与测试工作台的水平表面一定角度，因此高价值硬度样品的不均匀材料或表面倾斜会很容易损坏压痕头，因此高 - 值硬度标准表不用于测试。

每组中的测试数量为36次，测得的对角线长度用于计算和比较。

测试方法设计如图1所示。在图1中，α是凹痕的对角角。 β是测试表面和样品阶段的角度。 F是负载。

1.2测试仪器

使用全自动硬度测试仪测试样品的硬度；使用角度调节器调节样品的倾斜角。

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设置变量和构建数学模型

2.1变量设置

国家标准中对角线判断规则的变量设置：对角线的水平和垂直长度分别设置为D1和D2（见图2）。

审计指导建议中变量的设置：分别将垂直对角线的上半部分设置为L1和D1-L1；将水平对角线的上半部分分别设置为L2和D2-L2（见图3）。

美国标准翻译中变量的设置：分别为对角线的水平长度的一半，分别为D1/2和D2/2的垂直长度的一半（见图4）。

2.2建立数学模型

GB/T 4340.1-2009中的对角线测定方法在公式（1）中显示。

ASTM E92-2017中的对角线判断方法在公式（2）和（3）中显示。

公式（4）中显示了美国标准ASTM E92-2017的翻译中的对角测定方法。

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测试结果

3.1标准表测量值分析

正态分布曲线图：如果随机变量x以μ的数学期望和σ2方差遵守正态分布，则表示为n（μ，σ2）；然后，该随机变量称为正常随机变量，称为x〜n（μ，σ2）。假设测试获得的硬度遵循正态分布曲线，则其概率密度函数在公式（5）中显示。

测试值应在标准值的±3％误差间隔内，因此置信区间应为[443.29，470.71]。

基于公式（5）的初步计算，两组测试的测试值符合正态分布曲线的趋势。由于计算结果太小，因此绘制曲线并不容易观察。最后，结果将扩大103次，然后绘制曲线。两组测试的测试值的概率密度曲线如图5所示。

正态分布曲线的分析：当样本和阶段在0°时，曲线的趋势显然是正常的，而当样本和阶段在1°时，曲线的趋势不再是经典的正态分布。同时，其概率密度也与标准值大不相同，并且方差和标准偏差大于样品为0°和阶段时。可以看出，在更改样品和阶段之间的相对角度时，测量结果的偏差很大。

3.2对角线判断公式的计算和分析

当样本与阶段为0°时，以三种方式显示了计算值的散点图，如图6所示。有4个点，测量值超过误差范围。尽管样品和阶段之间的角度为0°，但用于测试的标准表的不均匀度为2.8％，不在误差范围内的点可能处于特殊位置。

从图6中，我们可以看到，根据审查的建议，对于具有过多错误的四个测量点，美国标准对角线方法被判断为数据偏差点，而在相同条件下的国家标准和美国标准翻译要求是判断为正常。

如图7所示，样品和阶段计算值的散点图是1°的对角线确定。有7个点的测量值超过误差范围，显然大于样品为0的点数°和阶段，表明样品测试值的准确性与其表面是否与阶段平行有关。

当样本与阶段为1°时，它是根据国家标准确定的，只有2分不符合要求，而美国标准的翻译将选择3点不符合要求的分。审查表明，中国和美国标准的对角线判断规则将是垂直的。当确定方向不满足误差要求时，结论是凹头头不平行于垂直方向的样品表面。

对角线的水平方向的判断符合要求，而1点不符合要求，这证明该测试满足仅更改垂直方向角度的设置。

从36分的测量结果中，我们可以看到，根据国家标准方法和美国标准翻译，大多数点的计算值是有效的，但是在审查建议中，美国标准的对角线判断方法可以使问题单击以挑选。从以上，我们可以看到，对对角线的判决规则规则对美国标准的审查建议更为严格。

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综上所述

（1）当样品的上和下表面之间的并行性良好时，这三种方法的测试结果的差异很小。

（2）在满足GB/T 4340.1-2009和ASTME 92-2017的要求时，对于某些测试点，对角长度并没有太大不同，但凹痕不规则，建议对审查的美国标准判断更为严格。

（3）由于样品的上部和下表面的角度太大，因此测得的值将大大变化并失去其参考值，这也可能导致尾巴。在日常处理中，样品的上表面和下表面角度必须小于1°。

作者：Zhou Siyu，Cai Jing，Zhang ，Zhang ，Wang Jian，Zhang Jian，Wang Zheng

单位：金属学院，中国科学院