Table 1.常用的維氏硬度試驗標準
硬度是金屬材料重要的力學性能指標之一，硬度試驗是研究材料力學性能、選定加工工藝和保證產品質量的重要手段。硬度測試常見的方法有布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、努氏硬度、肖氏硬度和里氏硬度測試。維氏硬度試驗不僅能衡量材料的軟硬程度，還能靈敏地反映金屬材料在化學成分、顯微組織、熱加工工藝及冷加工變形等方面的差異，故在材料評價、制造過程質量控制和產品質量檢驗等領域中得到廣泛應用[1-4]。維氏硬度試驗標準體系主要由試驗方法、硬度計檢驗和校準以及標準硬度塊標定3個部分標準組成，常用的維氏硬度試驗標準如表1所示。
由表1可知：除ASTM標準外，其他國家如日本、歐洲及我國等均為采標ISO標準，但歐洲的EN和日本的JIS均已采標最新現行的ISO標準，而我國只有試驗方法標準采標了最新的ISO標準，硬度計檢驗和校準和標準硬度塊標定尚未更新，且由于實際應用過程中的歷史原因，國內力學實驗室還依據標準JJG 151—2006和JJG 148—2006檢定規程檢定/校準硬度計和標準硬度塊，其使用頻率大于標準GB/T 4340.2—2024和GB/T 4340.3—2012。
CNAS-CL01-A011:2018 《檢測和校準實驗室能力認可準則在金屬材料檢測領域的應用說明》中7.2.1.1節指出：“使用不同標準進行力學性能檢測時，應注意標準之間的差異部分，包括試樣尺寸和精度、對設備的要求、試驗過程的要求、計算結果的修約等”。為此，筆者重點選取了現行標準ASTM E92-23、ISO 6507.1:2023和GB/T 4340.1—2024，并以力學實驗室常用的HV1和HV10為例，分別從硬度計和標準硬度塊要求、試樣要求、日常（周期性）檢查/期間核查、壓痕測量等方面進行差異對比分析。
1. 國內外常用維氏硬度試驗標準差異
1.1 硬度計和標準硬度塊要求
維氏硬度試驗對硬度計和標準硬度塊的要求主要由其引用的硬度計檢驗/校準標準、標準硬度塊的標定標準中給出。鑒于ISO、GB和ASTM標準體系中對于壓痕測量允許誤差、示值誤差及對角線測量值重復性的定義不一致，有的采用硬度HV進行計算，有的采用壓痕對角線長度d進行計算，為了便于三者之間的進行比較，筆者在比較不同標準差異時，將其統一按硬度表示（見表2和表3）。標準GB/T 4340.2—2012原文給出的重復性數據按壓痕尺寸表示，此處換算成按硬度表示。示值誤差系按ISO 6507-2:2018中表5的公式計算得出。標準ASTM E92-23附錄A1，A2，A3原文給出的示值誤差和重復性數據按壓痕尺寸表示，此處換算成按硬度表示。
Table 2.維氏硬度計要求差異
Table 3.標準硬度塊的差異
由表2可知：標準GB/T 4340.1—2024和ISO 6507.1:2023對硬度計的要求基本一致，兩者與標準ASTM E92-23的要求則有差異。對于壓痕測量允許誤差要求，標準ASTM E92-23高于標準GB/T 4340.2—2012或標準JJG 151—2006；而對于示值誤差和重復性要求，在不同的標尺或硬度值范圍，標準ASTM E92-23與標準GB/T 4340.2—2012或標準JJG 151—2006的要求不一致，互有高低。
由表3可知：在維氏標準硬度塊的校準周期方面，標準GB/T 4340.3—2012和ISO 6507-3:2018規定的校準周期為5 a，在實際應用中廣泛使用的標準JJG 148—2006規定的校準周期為1 a，而標準ASTM E92-23沒有約束規定；在標準塊的壓痕尺寸要求方面，標準GB/T 4340.1—2024附錄D中對硬度計、對角線長度測量系統和壓頭的期間核查進行規定，試驗時應選擇在合適的標尺下按照標準GB/T 4340.3—2012校準且與所使用硬度水平相近的標準硬度塊，目前最新有效的標準GB/T 4340.3—2012中8.3.e）規定，標準硬度塊證書應附有“有關標準壓痕的位置及所測定的對角線長度的平均值等信息”；標準ISO 6507-3:2018中10.e）和標準ASTM E92-23附錄A4“標準維氏和努氏硬度塊的標定”中A 4.8.1.1也規定，標準硬度塊證書應附有“每個壓痕的對角線長度的平均值和位置”，。而標準JJG 148—2006的檢定證書中僅提供標準值和均勻度，并沒有“標準壓痕”的規定，這樣的維氏硬度標準塊就不具備進行壓痕測量裝置的間接檢驗功能，不能滿足標準GB/T 4340.1—2024的實施要求。
從標準在標準硬度塊的檢定/校準機構提供的證書方面來看，附有每個壓痕的對角線尺寸和位置，對日常檢查更方便。在標準塊硬度均勻度方面，不同標準的要求也各有差異。對于以硬度百分比表示的約400 HV1標準塊，我國和ISO標準對其均勻度的要求均為4%，低于標準ASTM E92-23的要求（3%）。基于以上對硬度計和標準硬度塊差異的對比分析得出，ASTM標準的要求普遍比ISO標準要高。
1.2 試樣要求
試樣表面制備要求的差異如表4所示。由表4可知：標準ASTM E92-23的規定更具體明確。
Table 4.試樣表面制備要求的差異
1.3 日常（周期性）檢查/期間核查
日常（周期性）檢查/期間核查的主要差異如表5所示。由表5可知：在對壓痕對角線測量系統的日常檢查方面，標準GB/T 4340.1—2024和ISO 6507.1:2023有明確要求且具可操作性，標準ASTM E92-23無相關內容；在核查記錄方面，日常檢查所測數據應當保存一段時間，以便監測硬度計的再現性和測量設備的穩定性，標準GB/T 4340.1—2024未考慮硬度計的日常性能（再現性）及差異較大情況下測量不確定度貢獻的計算，標準ISO 6507-1:2023附錄D提出了可以適當地包含其他不確定度貢獻中有硬度計日常檢查時的再現性變化，標準ASTM E92-23中A1.6.1節指出，建議保留日常檢查結果的記錄應包括檢查日期、測量結果、標準硬度塊的標定值、標塊識別信息及核查人員姓名等，并規定了根據日常檢查所測數據，可采用控制圖方法或定量計算硬度計的再現性等多種方式監測硬度計的再現性，其附錄X1中給出的硬度測量不確定度計算公式[5]。可見，標準ASTM E92-23更具可操作性。
Table 5.日常（周期性）檢查/期間核查的主要差異
1.4 壓痕測量
壓痕測量的差異如表6所示。由表6可知：從壓痕放大倍數來看，標準ASTM E92-23提出了應使用可以對完整壓痕成像的最大放大倍數，并給出了常用物鏡的放大倍數。標準ASTM E92-23推薦的顯微鏡總放大倍數的選擇如表7所示，顯微鏡總放大倍數為物鏡放大倍數乘以目鏡放大倍數，表中列出了推薦的顯微鏡總放大倍數為10倍目鏡放大倍數。因此標準ASTM E92-23比標準GB/T 4340.1—2024和ISO 6507.1:2023更具可操作性。此外，標準ASTM E92-23規定放大倍數宜盡可能的放大，直到壓痕長度不宜超過視場寬度的75%（以確保落在物鏡平場內），而標準GB/T 4340.1—2024和ISO 6507.1:2023的規定是放大到視場的25%到75%之間即可，由于壓痕圖像被盡量放大，可使壓痕對角線的測量準確度更高。
Table 6.壓痕測量的差異
Table 7.ASTM E92-23推薦的顯微鏡總放大倍數的選擇
2. 結語
（1） 標準GB/T 4340.1—2024和ISO 6507.1:2023對硬度計的要求基本一致，兩者與標準ASTM E92-23的要求有差異。對于壓痕測量允許誤差要求，標準ASTM E92-23要略高；而對于示值誤差和重復性要求，在不同的標尺或硬度值范圍，三者要求不一致，互有高低。
（2）在試樣要求、壓頭檢查、壓痕放大倍數選擇、期間核查記錄處理等方面，ASTM標準的規定更具體且便于操作，這一點對僅使用GB和ISO標準的實驗室也可借鑒。
（3）標準GB 4340.1—2024和ISO 6507-1:2023關于使用標準塊上壓痕檢查對角線長度測量系統的規定，在驗證壓痕測量系統有效性的同時，還可修正檢測人員對壓痕尖端“卡線”習慣帶來的系統誤差，明顯優于標準ASTM E92-23。
（4）標準JG 148—2006證書內容缺少壓痕對角線長度尺寸，無法滿足標準GB/T 4340.1—2024中檢查對角線長度測量系統的要求，同時規定的標準塊有效期缺乏依據、也與ISO標準沖突。標準GB/T 4340.2—2012和GB/T 4340.3—2012內容也有所滯后，無法滿足實際應用需求。目前，由全國試驗機標準化技術委員會歸口管理的標準GB/T 4340.2—2012和GB/T 4340.3—2012已列入修訂計劃（計劃號：20230594-T-604、20230595-T-604），且已進入標準批準階段，不日將發布。為此，建議盡快修訂標準JJG 148—2006或廣泛推廣使用最新的GB/T 4340.3，以滿足維氏硬度試驗的實際應用需求。
文章來源——材料與測試網