维氏和威戈 维氏硬度试验：材料力学性能测试的重要手段及标准解析

维氏和威戈 维氏硬度试验：材料力学性能测试的重要手段及标准解析

能体现重要力学性能指标情形之一，即为金属材料存在硬度，展开针对材料力学性能的研究，选定加工工艺以及确保规定范围内产品质量的常用方式里边，具有硬度试验这一手段。就硬度测试而言，常见办法包含对布氏硬度，洛氏硬度，维氏硬度，努氏硬度，肖氏硬度以及里氏硬度进行测量试验。维氏硬度试验所具备的作用，不仅在于能够对材料的软硬程度予以衡量，而且还能够以灵敏的方式，从而实现把金属材料在成分方面的化学类别含量情况，显微方面的组织架构状况，热加工环节的工艺实施情况以及冷加工中产生的变形情况等方面存在的差异反映出来，所以在材料评价的范畴，制造过程控制质量的相关工作以及产品质量检验等诸多领域当中，维氏硬度试验都获得了广泛的运用。维氏硬度试验标准体系主要是由试验方法标准组成，还由硬度计检验标准组成，并且由校准标准组成，另外由标准硬度块标定标准组成，此体系由这3个部分标准构成，常用的维氏硬度试验标准如同表1那般呈现相应情况。

Table 1. 常用的维氏硬度试验标准

试验方法

硬度计检验和校准

标准硬度块标定

GB/T 4340.1—2024，这个标准是关于金属材料维氏硬度试验的，它是第1部分，是试验方法，该标准修改采用了ISO 6507-1:2023 。

《金属材料 维氏硬度试验 第2部分：硬度计的检验与校准》，其标准号为GB/T 4340.2—2012 ，该标准是修改采用ISO 6507-2:2005制定的 。

国标/T 4340.3杠2012，《金属材料 维氏硬度试验 第3部分：标准硬度块的标定》，（该标准是对ISO 6507 - 3:2005 修改采用）。

JJG 151—2006《金属维氏硬度计检定规程》

JJG 148—2006 《标准维氏硬度块检定规程》

国际标准化组织6507 - 1:2023标准，名为《金属材料 维氏硬度试验 第1部分 试验方法》 。

ISO 6507 - 2，2018年版，《金属材料》范畴内，有关维氏硬度试验的标准，其中第2部分，是关于硬度计的检验与校准的规定 。

ISO 6507 - 3，2018年版，该标准为《金属材料维氏硬度试验》，其中第3部分是《标准硬度块的标定》 。

EN ISO 6507-1，2023年的那个标准，叫《金属材料，维氏硬度试验，第l部分，试验方法》 。

EN ISO 6507 - 2，2018年版，《金属材料》范畴内，讲述维氏硬度试验，其中第2部分阐明硬度计的检验与校准相关内容 。

将其改写为：维氏硬度试验针对金属材料的第3部分，也就是标准硬度块的标定，对应的标准是EN ISO 6507-3来着，时间是属于2018年的。

ASTM E92 - 23标准，它是关于金属材料的，是维氏硬度以及努氏硬度的试验方法的标准 。

附录A1 维氏和努氏硬度计的检验

附录A2 标准维氏和努氏硬度计

附录A3 维氏和努氏压头的标定

附录A4 标准维氏和努氏硬度块的标定

（国际标准编号为ISO 6507 - 1:2023的）《维氏硬度试验 第1部分：试验方法》会在2024年以修改采用形式发布，其编号为JIS Z 2244 - 1:2024 。

JIS B 7725 于 2020 年发布的《维氏硬度试验 硬度计的检验与校准》，此乃 (ISO 6507 - 2:2018，修改采用) 。

符合JIS B 7735:2020标准的《维氏硬度试验 标准块的标定》，它等同于通过以特定的修改方式采用ISO 6507-3:2018 ，是这样的一项标准，标准的内容是关于维氏硬度试验标准块的标定方面的 。

表1显示：除ASTM标准外，日本、欧洲、我国及其余些国家都采用ISO标准，欧洲的EN和日本的JIS采用的是最新现行的ISO标准，我国仅试验方法标准采用了最新的ISO标准，硬度计检验、校准及标准硬度块标定未更新，因实际应用中的历史缘由，国内力学实验室依据标准JJG 151—2006和JJG 148—2006检定规程检定/校准硬度计和标准硬度块，其使用频率高于标准GB/T 4340.2—2024和GB/T 4340.3—2012 。

“CNAS-CL01-A011:2018《检测和校准实验室能力认可准则在金属材料检测领域的应用说明》当中的7.2.1.1节明确表示，”那什么情况？“在使用别样标准去进行力学性能检测这个时段方面，理所应当全面留意标准之间存在的不同部分，究竟包含哪些？”涵盖试样尺寸以及精度，还有对设备提出的要求，另外还有试验过程的要求，最后还有计算结果的修约等等这些情况“。为此，笔者着重挑选了现行标准ASTM E92 - 23，以及ISO 6507.1:2023和GB/T 4340.1—2024 ，并拿力学实验室常用的HV1和HV10当作例子，分别从硬度计和标准硬度块的要求方面出发，进行差异对比分析然后从试样要求方面着手，开展差异对比分析接着在日常（周期性）检查/期间核查方面，进行差异对比分析最后于压痕测量之处，实施差异对比分析 。

1. 国内与国外所常用的维氏硬度试验标准存在差异，1.1 对于硬度计以及标准硬度块有着要求 。

维氏硬度试验对硬度计以及标准硬度块是有要求的，这些要求主要是从其引用的硬度计检验或者校准标准，还有标准硬度块的标定标准当中给出的。由于ISO、GB以及ASTM标准体系里，对于压痕测量允许误差、示值误差以及对角线测量值重复性有着不一样的定义，有的是采用硬度HV来进行计算的，有的是采用压痕对角线长度d来进行计算的，为了能够便于这三者之间去进行比较，笔者在比较不同标准差异的时候，把它们统一按照硬度来表示，（见表2和表3）。有一个标准是GB/T 4340.2—2012，原文当中给出的重复性数据是按照压痕尺寸来表示的，而在这里要把它换算成按照硬度来表示。另外说道，示值误差是按照ISO 6507-2:2018中表5的公式计算出来的。还有标准ASTM E92-23附录A1，A2，A3，其原文给出的示值误差和重复性数据也是按压痕尺寸表示的，在这儿同样要换算成按硬度表示哟。

Table 2. 维氏硬度计要求差异

Table 3. 标准硬度块的差异

从表2是能够知道的，标准GB/T 4340.1—2024与ISO 6507.1:2023对于硬度计的要求基本上是一致的，然而这两者跟标准ASTM E92-23的要求存在着区别。说到压痕测量允许误差要求，标准ASTM E92 - 23比标准GB/T 4340.2—2012或者标准JJG 151—2006要高；至于示值误差和重复性要求，在不同的标尺以及硬度值范围，标准ASTM E92 - 23和标准GB/T 4340.2—2012或者标准JJG 151—2006的要求不一样，有的高有的低。

可从表 3 得知，在维氏标准硬度块校准周期这一块儿，标准 GB/T 4340.3 到 2012 和 ISO 6507 - 3 是 2018 规定校准周期为 5 年，在实际运用里广泛采用的标准 JJG 148 到 2006 规定校准周期为 1 年，而标准 ASTM E92 - 23 并无约束规定。在标准块压痕尺寸要求方面，标准 GB/T 4340.1 到 2024 附录 D 对硬度计、对角线长度测量系统和压头的期间核查做了规定，试验的时候要选在合适标尺下依照标准 GB/T 4340.3 到 2012 校准且与所使用硬度水平相近的标准硬度块。目前最新有效且起作用的标准 GB/T 4340.3 到 2012 中 8.3.e）规定，标准硬度块证书应附带“有关标准压痕的位置及所测定的对角线长度的平均值等信息”。标准 ISO 6507 - 3 是 2018 中 10.e）和标准 ASTM E92 - 23 附录 A4“标准维氏和努氏硬度块的标定”中 A 4.8.1.1 也规定，标准硬度块证书应附有“每个压痕的对角线长度的平均值和位置”，。检定证书里，标准JJG 148 — 2006仅给出标准值与均匀度，却没有“标准压痕”的规定，如此一来，这种维氏硬度标准块就不拥有进行压痕测量装置的间接检验功能，满足不了标准GB/T 4340.1 — 2024的实施要求。

就标准在标准硬度块的检定或校准机构所给出的证书而言，其附带了每个压痕的对角线尺寸以及位置，这对于日常检查来讲更为便利。在标准块硬度均匀度这一方面，不同标准的相关要求存在着各不相同的差异。针对以硬度百分比来表示的大约400 HV1标准块而言，我国以及ISO标准对其均匀度的要求都是4%，此要求低于标准ASTM E92 - 23的要求（3%）。依据以上针对硬度计和标准硬度块差异所做的对比分析能够得出，ASTM标准的要求通常比ISO标准要高。

1.2 试样要求

试样表面制备要求，存在着差异，情况如表4所示。从表4能够知道，标准ASTM E92-23的规定，更为具体明确。

Table 4. 试样表面制备要求的差异

项目

标准编号

GB/T 4340.1—2024

ISO 6507.1:2023

ASTM E92-23

试样表面粗糙度

试样表面的质量应保证压痕对角线长度的测量精度。

建议表面抛光处理。

应当进行抛光处理，表面粗糙度能够依据试验里所运用的试验力以及放大倍数的大小产生变化，要保证能够清晰地看见压痕周界（特别是压痕顶端）。

其他

试验表面不适合进行侵蚀，因为这会致使压痕边缘变得模糊，不过显微硬度可以进行稍微的侵蚀。

镶嵌试样选择避免蠕变。

1.3 日常（周期性）检查/期间核查

日常（周期性）检查/期间核查的主要差异如表5所示。从表5能够知道的是：对于压痕对角线测量系统日常检查这事，标准GB/T 4340.1—2024 以及ISO 6507.‌1:2023有着明确要求且具备可操作性，而标准ASTM E92 - 23不存在相关内容；在进行核查记录的时候，日常检查所测的数据需要保存一段时间，其目的是监测硬度计的再现性以及测量设备的稳定性，标准GB/T 4340.1—2024没有考虑硬度计的日常性能也就是再现性以及差异较大情形下测量不确定度贡献的计算，标准ISO 6507 - 1:2023附录D提出了可以适宜地包含其他不确定度贡献里有硬度计日常检查时的再现性变化，标准ASTM E92 - 23中A‌1.6.1节表明，建议保留的日常检查结果记录应当涵盖检查日期、测量结果、标准硬度块的标定值、标块识别信息以及核查人员姓名等，并且规定了依据日常检查所测数据，能采用控制图方法或者定量计算硬度计的再现性等多种方式监测硬度计的再现性，其附录X1中给出了硬度测量不确定度计算公式。可见，标准ASTM E92-23更具可操作性。

Table 5. 日常（周期性）检查/期间核查的主要差异

项目

标准编号

GB/T 4340.1—2024

ISO 6507.1:2023

ASTM E92-23

压痕对角线测量系统检查

要测量参考压痕对角线的长度，该长度应当与压痕的参考值保持一致，而这两者之间所存在的差值，是不可以大于0.001mm的，或者说也不应大于对角线长度的1.25%。

压头检查

时常用棉拭子，蘸取乙醇，对压头予以清洁，把压头按压于试样顶部纸张之上，借此去除压头上的油 。

应借助肉眼，定时对压头实施检查，一旦出现磨损状况，或者呈现钝化情形，又或者存在缺口现象，亦或是有裂纹情况，甚至是与封固材料相分离，那么就要进行更换 。

每日运用硬度计时，要借助目视查看参考试块上压痕的形状，以此来监测压头的状况 。

检查压痕是不是对称：要是一条对角线长度的一半比另一条对角线长度一半的5%还要大，要是压痕的四个角没交在一点上，那么试样表面也许没有跟压头轴线垂直。

对试样对准状况展开检查，把试样进行旋转，使其呈90°，于未曾测试过的区域另外压出一个压痕。要是压痕的非对称面已然旋转了90°，那么试样表面或许未与压头轴线保持垂直关系，且有可能产生不正确的硬度测定结果。要是相同方向的压痕存在不对称现象，那就对压头是否受损或者未对准予以检查。能够运用会生成均匀形状压痕的标准硬度块来检查压头的对准情形，要是压痕不对称了，那就表明压头未对准 。

核查记录

期间核查所形成的记录，适宜保持一段时长，此时长被用于测量方面的再现性，以及监测硬度计所存在的波动情况 。

极力倡导留存平常核查结果的记载，涵盖检查的日期，测量得出的结果，标准硬度块的标定数值，标块的识别信息以及核查人员的姓名等等，这些记录能够被运用来评估硬度机的长期性的性能。

强烈推荐，在日常检验测试结果方面，使用公认的统计学过程控制技术，比如说，可不局限于此，有均值 - 极差图，还有柱状图。

1.4 压痕测量

压痕测量存在差异，情况如表6所示。从表6能够知道，就压痕放大倍数而言，标准ASTM E92 - 23提出要使用能够对完整压痕成像的最大放大倍数，而且还给出了常用物镜的放大倍数。标准ASTM E92 - 23推荐选择显微镜总放大倍数的相关情况如表7所示，显微镜总放大倍数是物镜放大倍数与目镜放大倍数相乘的结果，表中列出推荐的显微镜总放大倍数是10倍目镜放大倍数。所以呀，标准ASTM E92 - 23，相较于标准GB/T 4340.1—2024、以及ISO 6507.1:2023而言，更具备可操作性呢。此外，标准ASTM E92 - 23规定，放大倍数应当尽可能地进行放大，一直持续到压痕长度不适合超过视场宽度的75%（目的是确保能够落在物镜平场内），然而标准GB/T 4340.1—2024以及ISO 6507.1:2023的规定却是，放大到视场的25%到75%之间就行，因为压痕图像被尽力放大，所以能够让压痕对角线的测量准确度变得更高。

Table 6. 压痕测量的差异

项目

标准编号

GB/T 4340.1—2024

ISO 6507.1:2023

ASTM E92-23

压痕中心至试样边缘距离

钢、铜及铜合金：≥2.5d（d为压痕对角线长度），

轻金属、铅、锡及其合金：≥3 d

≥2.5 d

两压痕中心间距

钢、铜及铜合金：≥3 d

，轻金属、铅、锡及其合金：≥6 d

压痕放大倍数选择

宜选取合适的放大倍数将对角线放大到视场的25%到75%

应当采用能够针对完整压痕形成影像的最大放大比率，为保证处于物镜平场范围之内，压痕的长度不适合超出视场宽度的百分之七十五 。

表7，美国材料与试验协会E92 - 23中所推荐之，显微镜总放大倍数的选取 。

2. 结语

标 准GB/T 4340.1 — 2024 与ISO 6507.1:2023对硬度计的要求大体等同，二者和标准ASTM E92 - 23的要求存在 。就压痕测量允许要求而言，标准ASTM E92 - 23稍高；至于示值误差以及重复性要求，在各异的标尺或者硬度值范围，三者要求不相同，各有高低。

在试样要求方面，在压头检查方面，在压痕放大倍数选择方面，在期间核查记录处理等方面，ASTM标准的规定更具体且便于操作。这一点，对仅使用GB和ISO标准的实验室，也是可以借鉴的。

标准GB 4340.1—2024，有关于使用标准块上压痕检查对角线长度测量系统的规定，ISO 6507-1:2023同样有此规定，在验证压痕测量系统有效性的时候，还能够修正检测人员因对压痕尖端“卡线”习惯而带来的系统误差，其明显优于标准ASTM E92-23。

（4）标准JG 148—200当中证书内容，缺少了压痕对角线长度尺寸，这就导致无法满足标准GB/T 4340.1—2024里检查对角线长度测量系统的要求，还有规定中的标准块有效期。其缺乏依据，并且与ISO标准相互冲突。标准GB/T 4340.2—2012以及GB/T 4340.3—2012的内容，相对滞后。所以无法满足实际应用需求。当下，拥有全国试验机标准化技术委员会归口管理属性的标准GB/T 4340.2—2012以及GB/T 4340.3—2012均已被列入修订计划之中（计划号分别为：-T-604、-T-604），另外还已然进入到了标准批准阶段，不久之后便会发布。鉴于此情况，建议尽快对标准JJG 148—2006进行修订，或者广泛地推广使用最新的GB/T 4340.3，以此来满足维氏硬度试验的实际应用方面的需求。