硬度試驗ASTM標準與國內標準的對比分析及應用

李自武, 沈運杰, 葉郁楓

(中國航發西安航空發動機有限公司, 西安 710021)

硬度試驗ASTM標準與國內標準的對比分析及應用

李自武, 沈運杰, 葉郁楓

(中國航發西安航空發動機有限公司, 西安 710021)

從試驗方法、硬度計的檢定/校準、硬度塊的檢定/校準等方面，對硬度試驗的ASTM標準與國內標準(包括國家標準和國家計量檢定規程)進行了對比分析，找出兩者之間存在的主要差異，并對硬度試驗ASTM標準的特點進行了總結，為國內標準的制定及應用提供借鑒；另外還介紹了硬度試驗ASTM標準在國際轉包生產業務中的應用，為更好地理解和應用外貿標準提供參考。

硬度試驗；ASTM標準；國家標準；國家計量檢定規程；國際轉包生產

硬度試驗是金屬材料力學性能試驗中最簡單、最迅速和較易實施的方法，是確定合理的加工工藝、檢驗熱處理效果的主要方法之一，是保證產品質量不可缺少的重要檢測手段之一。隨著中國裝備制造業與國際接軌步伐的加快，國際轉包生產業務不斷地擴大，硬度試驗美國材料與試驗協會(ASTM)標準在國內裝備制造業國際轉包生產中已經被廣泛采用。筆者主要對硬度試驗ASTM標準[1-4]與相關國標[5-13]和計量檢定規程的相關規定進行了對比分析，并結合多年的國際轉包生產業務經驗，介紹了硬度試驗ASTM標準的應用。

1 硬度試驗ASTM標準與國內標準的對比分析

1.1 硬度試驗ASTM標準與國內標準

對于硬度試驗，ASTM標準主要有ASTM E10-15a,ASTM E18-16,ASTM E92-16,ASTM E384-16等,國內標準主要有國家標準(以下簡稱國標)和國家計量檢定規程(以下簡稱檢定規程)。硬度試驗ASTM標準和國內標準的對照關系如表1所示。

由表1可見，在硬度試驗方面，ASTM標準和國內標準都有各自的文件體系，兩個體系既相互聯系又各有特點，主要體現在以下幾個方面。

(1) ASTM標準正文部分為硬度試驗方法，對于硬度計、壓頭、標準硬度計、硬度塊等的技術要求則以附錄的形式出現，該標準自成體系，試驗方法及硬度計、壓頭和硬度塊的檢定和校準均依據該文件。國標修改采用相應的ISO標準，是硬度試驗方法的依據，也可以用作硬度計、壓頭、標準硬度計、硬度塊等的校準，硬度計、壓頭、硬度塊等的檢定則需要依據相應的檢定規程。

表1 硬度試驗ASTM標準和國內標準的對照關系Tab.1 Comparison relationship of ASTM standards and domestic standards for hardness test

(2) ASTM標準版本根據實際需要進行及時修訂，ASTM E10和ASTM E18甚至每年換版一次或兩次，有利于新方法的應用，更適用于實際工作的需要。國標修改采用相應的ISO標準，根據ISO標準的更新情況進行換版，因此相對于ISO標準國標有所滯后。檢定規程則依據國標和ISO標準進行換版，因此檢定規程更為滯后。下面以布氏硬度試驗為例介紹國標和檢定規程的版本滯后性，表2為布氏硬度試驗ASTM標準和國內標準版本對照表。

由表2可見：ASTM E10現行版本是2015年的第2次換版；GB/T 231.1現行版本是2009年版本，GB/T 231.2和GB/T 231.3現行版本是2012年版本，JJG 150和JJG 147現行版本是2005年版本，JJG 150-2005和JJG 147-2005引用文獻為GB/T 231的2002年版本。因此，JJG 150-2005和JJG 147-2005與 GB/T 231的2012年版本必然會存在技術方面的不一致性，而這種情況在ASTM標準中是不會出現的。這是因為ASTM標準試驗方法和檢定/校準方法在同一個文件內，文件的一部分修訂后，文件內的其他相關部分也會隨之相應修訂。

表2 布氏硬度試驗ASTM標準和國內標準版本對比Tab.2 The version comparison between the ASTM standard and domestic standards for Brinell hardness test

1.2 硬度試驗ASTM標準與國內標準對比

布氏、洛氏、維氏硬度試驗是最常用的硬度試驗方法，也是國際轉包生產中最為常用的硬度試驗方法，這3種硬度試驗方法的標準文件體系的構成相似，下面以金屬布氏硬度試驗為例，對布氏硬度試驗ASTM標準與國內標準現行有效版本進行對比分析，如表3所示。

通過以上的對比分析可以看出，硬度試驗國內標準和ASTM標準在技術要求方面存在一定差異，這種差異產生的原因主要在于國內標準換版的滯后性。例如，金屬布氏硬度計檢定時重復性的計算方面，ASTM E10-15a中規定采用實測壓痕直徑進行計算，而JJG 150-2005中規定采用實測硬度進行計算，產生差異的原因主要在于JJG 150-2005引用的是GB/T 231的2002年版本，沒有及時根據GB/T 231.2-2012版本進行修訂。另外，ASTM標準的可操作性更強，對于試驗方法和校準方法，有相應詳細的操作程序，有的還加入原因解釋或示例，便于操作者理解和應用。

表3 布氏硬度試驗ASTM標準與國內標準對比分析Tab.3 The comparative analysis between the ASTM standard and domestic standards for Brinell hardness test

表3(續)

2 硬度試驗ASTM標準的應用

ASTM標準為通用技術標準，其內容既包括了硬度試驗方法，也包括了硬度計、壓頭、標準硬度計、硬度塊等的技術要求。在外貿轉包生產中，關于硬度試驗方法、設備校準、設備管理、人員管理等，既要滿足ASTM標準的通用要求，也要滿足相關工藝、產品和審核標準的特殊要求，如圖1所示。

圖1 外貿標準管理關系Fig.1 Management relationship of foreign trade standards

例如，在熱處理專業的美國國家航空航天和國防合同方授信項目(NADCAP)審核中，硬度試驗必須要滿足ASTM E10，ASTM E18，ASTM E92，ASTM E384等通用標準的要求，也要滿足AMS 2759《鋼制零件熱處理的通用要求》和AC 7102/5《用于熱處理的傳導率和/或硬度試驗的NADCAP審核標準基準文件》的要求。

由于國標和外貿標準在技術要求上存在一定的差異，為了滿足各體系的要求，技術上必須執行各自標準，技術方面的借鑒主要應該體現在標準制定層面上，對于試驗和校準的操作者來說，這方面的借鑒是有限的。外貿標準的管理模式值得借鑒之處主要體現在方法和管理層面上。

(1) 標準文件

依據硬度試驗方面ASTM標準，結合相關工藝和產品的外貿標準，制定企業內部標準，用于指導日常試驗、校準和管理工作。

(2) 人員

人員必須經過培訓，培訓內容應包括標準文件、日常校驗方法、校準方法及零件檢測等內容，工廠所生產的典型幾何形狀零件試驗方法應作為試驗人員培訓的內容，培訓記錄應歸檔保存。定期對檢驗人員進行內部比對試驗，以提升人員檢測能力。

(3) 試驗設備

硬度計和標準硬度塊是進行硬度試驗的主要計量器具，是保證試驗結果準確可靠的重要因素，因此應對硬度計和標準硬度塊進行嚴格的控制。ASTM標準中對于硬度計的日常校驗方法、維護保養方法及硬度塊的標識和證書方面的規定值得借鑒。

(4) 其他試驗方法

在NADCAP的審核標準(如AC7 109/5)中，涉及到重新試驗、替代試驗、無效試驗、超差試驗、仲裁試驗等的概念及試驗方法值得借鑒。

3 結束語

硬度試驗ASTM標準自成體系，可以根據實際工作需要和新技術的應用及時更新，試驗方法和校準方法均有相應詳細的操作程序，有的還加入了原因解釋或示例，便于操作者理解和應用，可操作性強，為國內標準的制定及應用提供了很好的借鑒。更好地理解和應用外貿標準，有助于外貿轉包生產的發展，對我國裝備制造業與國際全面接軌具有重要意義。

[1] ASTM E10-15a Standard test method for Brinell hardness of metallic materials[S].

[2] ASTM E18-16 Standard test methods for Rockwell hardness of metallic materials[S].

[3] ASTM E92-16 Standard test methods for Vickers hardness and Knoop hardness of metallic materials[S].

[4] ASTM E384-16 Standard test method for microindentation hardness of materials[S].

[5] GB/T 231.1-2009 金屬材料 布氏硬度試驗 第1部分：試驗方法[S].

[6] GB/T 231.2-2012 金屬材料 布氏硬度試驗 第2部分：硬度計的檢驗與校準[S].

[7] GB/T 231.3-2012 金屬材料 布氏硬度試驗 第3部分：標準硬度塊的標定[S].

[8] GB/T 230.1-2009 金屬材料 洛氏硬度試驗 第1部分：試驗方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺)[S].

[9] GB/T 230.2-2012 金屬材料 洛氏硬度試驗 第2部分：硬度計(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺)的檢驗與校準 [S].

[10] GB/T 230.3-2012 金屬材料 洛氏硬度試驗 第3部分：標準硬度塊(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺)的標定 [S].

[11] GB/T 4340.1-2009 金屬材料 維氏硬度試驗 第1部分：試驗方法[S].

[12] GB/T 4340.2-2012 金屬材料 維氏硬度試驗 第2部分：硬度計的檢驗與校準[S].

[13] GB/T 4340.3-2012 金屬材料 維氏硬度試驗 第3部分：標準硬度塊的標定[S].

[14] 許永春,劉婭婷,程全士,等. 洛氏硬度Nadcap審核注意事項[J]. 理化檢驗-物理分冊,2014,50(6):429-431,433.

[15] 張庶鑫,李亮,吉楠,等. 布氏硬度試驗標準GB/T 231與ASTM E10的差異分析及其在石油裝備行業中的應用[J].理化檢驗-物理分冊,2015,51(10):717-720.

Comparative Analysis and Application of ASTM Standards and Domestic Standards for Hardness Test

LI Ziwu, SHEN Yunjie, YE Yufeng

(AECC Xi’an Aero-Engine Ltd., Xi’an 710021, China)

From the test method, verification and calibration of the hardness testing machines, verification and calibration of the hardness blocks and so on, the provisions of ASTM standards and the relevant domestic standards (including national standards and national regulation for metrological verification) for hardness test were compared and analyzed respectively to find out the main differences between ASTM standards and domestic standards. The characteristics of ASTM standards for the hardness test were summarized to provide a reference for the development and application of the domestic standards. In addition, the application of the ASTM standards for hardness test in the international subcontracting production business was introduced to provide a reference for better understanding and applying the foreign trade standards.

hardness test; ASTM standard; national standard; national regulation for metrological verification; international subcontracting production

10.11973/lhjy-wl201706004

2017-02-18

李自武(1971-)，男，高級工程師，主要從事力學計量技術工作，sscxjiliang@163.com

TB938.2; TG115.5

A

1001-4012(2017)06-0391-05