川川民航业飞机安全与金属洛氏硬度检测标准研究

四川民航业是最重要的交通运输业之一，飞机安全的重要性不言而喻。

川川金属洛氏硬度测试是飞机维修中常用的金属硬度测试方法。但目前我国尚无具体的行业标准。因此，笔者参考ASTM E18-2014对航空金属材料洛氏硬度的检测标准进行相关研究，为我国相关标准的制定提供一定的参考。

1 样品对比分析及测试程序

ASTM E18-2014和GB/T 230.1-2009对试样的规格和试验程序进行了规定和解释，如表1所示。可见，试样要求和试验程序的差异主要体现在以下几个方面。

表1 样品要求及测试程序对比分析

对于样品的表面粗糙度，GB/T 230.2-2009有定量要求，而ASTM E18-2014只有定性要求。样品表面粗糙度的增加表明样品表面的不平整度增加，这将导致测量误差增加。还会造成施加初始试验力后刻度盘的零位不真实，从而影响试验结果，造成一些数值不准确。波动，即波谷处测得的硬度值较高，而波峰处测得的硬度值较小。样品表面越粗糙，测得的硬度波动越严重。

在初始试验力的大小方面，两个标准的规定基本相同，即通过加载仪器内部的质量块来控制加载试验力的大小，F=mg，但规定GB/T 230.1-2009中更为精确。

对于从初始试验力F0到施加总试验力F的时间间隔，两个标准的规定基本相同，但GB/T 230.1-2009对几种常用的硬度样品有更详细的规定，这不仅减少了加力时间不足带来的错误，也避免了时间的浪费。

在压痕中心间距方面，GB/T 230.1-2009规定两个相邻压痕中心间距大于ASTM E18-2014中的规定，并对最小间距进行了限制，实际情况并非如此ASTM E18-2014。规定。虽然GB/T 230.1-2009规定的压痕中心距的倍数大于ASTM E18-2014规定的倍数，但试验结果表明，当两个相邻压痕中心距为压痕直径的3～4倍时，测试结果基本不会有影响。对此，GB/T 230.1-2009和ISO 6508-1:2015是统一的，都规定了压痕中心间距和最小距离。

在压痕中心到试样边缘的距离方面，GB/T 230.1-2009与ASTM E18-2014的倍数相同，但GB/T 230.1-2009与ISO 6508-1:2015一致，并规定最小允许距离。，并有明确的数值规定。

2 直接检验对比分析

洛氏硬度计的质量是影响测试结果准确性的重要因素之一。试验装置拆卸或重新安装后，需要对硬度计进行直接检查，主要包括：压头的检查、试验力的标定、压痕深度测量装置的标定和试验循环时间。 GB/T 230.2-2012与ASTM E18-2014的分析对比如表2所示。可见，直接检验的差异主要体现在以下几个方面。

表2 直接测试对比分析

从总试验力的允许误差来看，总试验力的正偏差会使残余压痕深度变大，测得的硬度变低；总试验力的负偏差会使残余深度变小，硬度变高。 GB/T 230.2-2012中的允许误差大于ASTM E18-2014的规定，ASTM E18-2014对几种常用的总试验力提供了相应的允许误差范围。因此，根据ASTM E18-2014测试得到的结果更加准确。

就球压头而言，GB/T 230.2-2012规定的钢球维氏硬度略大于ASTM E18-2014规定的钢球维氏硬度，但对测试结果基本没有影响。 GB/T 230.2-2012中规定的两种钢球直径误差范围均大于相应的ASTM E18-2014中规定的值。由于钢球硬度值较低，容易发生塑性变形。随着半径的增大，接触面积增大，从而增大接触电阻，从而减小穿透深度，导致硬度值增大；反之，半径越小，硬度值越小。因此，根据ASTM E18-2014获得的测试结果更加准确。

在金刚石圆锥压头方面，GB/T 230.2-2012对圆锥母线有一定的要求，但ASTM E18-2014没有规定。圆锥母线的直线度反映了圆锥侧面的表面状况。表面凸面或凹陷会造成压头与样品接触时受力不均匀，从而导致测量结果不准确。在检验金刚石圆锥压头综合误差时，两个标准选用的标尺不同，相应的允许误差也不同。根据GB/T 230.2-2012，需要用四种不同硬度的块来校准压头，其允许综合示值误差相同；而根据ASTM E18-2014，只需要使用两个硬度块进行校准，不同的硬度块对应不同的综合示值误差，并且为了满足不同公差的需要，金刚石压头分为三类： A级、B级和参考压头，对应更准确的示值误差。总体而言，根据ASTM E18-2014进行单次测试时获得的结果更加准确，可以节省直接检验时的时间，提高检验效率。

在试验循环时间方面，GB/T 230.2-2012规定了试验力保持时间的不确定度，但ASTM E18-2014中没有这样的规定。由于材料受力后会变形，保持时间越长，测得的硬度越低。因此，对硬度低的材料影响较大，对硬度高的材料影响较小。试验过程中，通过确定试验力保持时间在一定范围内，可以减小试验误差。因此，按照GB/T 230.2-2012得到的实验结果更加准确。

选自：《理化测试-物理卷》Vol.51 2015.9