CSTM-金屬材料 高溫維氏硬度測試方法編制說明

《金屬材料高溫維氏硬度試驗(yàn)方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制說明（征求意見稿）《金屬材料高溫維氏硬度試驗(yàn)方法》項(xiàng)目工作組2021年4月《金屬材料高溫維氏硬度試驗(yàn)方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）編制說明一、目的意義金屬材料（如鋁合金材料、高溫合金）及產(chǎn)品（如閥座和應(yīng)用模具）在高溫下使用，力學(xué)性能表現(xiàn)受溫度影響很大，通常金屬材料在高溫情況下變軟，會(huì)造成高溫粘著磨損和金屬表面之間的材料相互損傷，還可能導(dǎo)致高溫蠕變斷裂性能問題和老化、磨損、軟化、蠕變變形等問題，造成工業(yè)零件或設(shè)備失效。在航空航天、機(jī)械、冶金、電力、建筑等領(lǐng)域應(yīng)用中，金屬材料的硬度往往在回火，磨損，腐蝕和熱侵蝕等溫度顯著變化的過程中發(fā)生較大變化。重視研究各類金屬材料的高溫硬度及其伴隨服役溫度發(fā)生動(dòng)態(tài)變化的機(jī)理，是科學(xué)家們進(jìn)一步探究材料高溫力學(xué)性能，開發(fā)高品質(zhì)高溫材料的重要基礎(chǔ)，也是企業(yè)家們穩(wěn)定制備高質(zhì)量產(chǎn)品的必備條件，對(duì)促進(jìn)高溫金屬材料領(lǐng)域的系統(tǒng)化進(jìn)展尤為重要。因此，針對(duì)金屬材料的高溫維氏硬度試驗(yàn)是非常必要的。金屬材料的高溫維氏硬度表征在其高溫力學(xué)性能測試中具有非常獨(dú)特和唯一的地位，可以標(biāo)識(shí)各種金屬材料在高溫下的硬度及變化，具有巨大的實(shí)用性。而由于室溫變化相對(duì)硬度變化關(guān)聯(lián)不大，它不能被用來評(píng)估高溫性能，所以開發(fā)專門的高溫硬度測試裝備及制定相關(guān)權(quán)威的測試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證就顯得尤其必須和迫切。要實(shí)現(xiàn)高溫環(huán)境下測試試樣的維氏硬度測試，專業(yè)的高溫維氏硬度測試系統(tǒng)，對(duì)力學(xué)、光學(xué)及自動(dòng)化方面都有非常嚴(yán)格的要求。在室溫維氏硬度計(jì)及硬度測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還要加裝試樣加熱裝置、氣氛保護(hù)裝置、循環(huán)冷卻裝置等，維氏壓痕制造，壓痕測量，試樣移動(dòng)及溫度調(diào)節(jié)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。日本AKSHI、尼康和瑞士Leika等在世界光學(xué)和視覺領(lǐng)域擁有的頂尖技術(shù)的產(chǎn)品制造商，于20世紀(jì)末至21世紀(jì)初首先把目光投在了高溫維氏硬度計(jì)及設(shè)備系統(tǒng)的開發(fā)上，他們?cè)诂F(xiàn)有室溫硬度計(jì)及相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)先開始了高溫顯微硬度計(jì)的開發(fā)研制。而伴隨著制備技術(shù)的日趨成熟，國外相繼涌現(xiàn)出一些具備核心部件及高溫維氏硬度測試系統(tǒng)的生產(chǎn)制造商，包括日本Future-Tech公司、德國KB公司、阿基米德工業(yè)科技有限公司等，在一定范圍內(nèi)可以根據(jù)客戶需求提供個(gè)性化設(shè)計(jì)的測試系統(tǒng)，設(shè)備出廠時(shí)室溫的硬度測試標(biāo)準(zhǔn)均符合于DINENISO6507標(biāo)準(zhǔn)要求。國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)普遍缺乏硬度計(jì)和光鏡生產(chǎn)的核心技術(shù)，多以加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和氣氛保護(hù)系統(tǒng)的輔助開發(fā)生產(chǎn)為主，用戶采購價(jià)格大約在100-150萬元/臺(tái)套。目前，基于國內(nèi)在高溫材料領(lǐng)域研發(fā)的迫切需求，該類設(shè)備的供應(yīng)數(shù)量正逐步增加，體現(xiàn)出的巨大的市場需求，其在各研發(fā)機(jī)構(gòu)、高校、企業(yè)中的應(yīng)用率會(huì)越來越高。在測試及標(biāo)準(zhǔn)方面，設(shè)備出廠和實(shí)際實(shí)施試驗(yàn)時(shí)的測試標(biāo)準(zhǔn)，均服從于DINENISO6507標(biāo)準(zhǔn)要求，而根據(jù)前期調(diào)研，對(duì)于實(shí)際發(fā)生的溫度變化下的材料動(dòng)態(tài)硬度變化，現(xiàn)行有效的試驗(yàn)方法國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4340-2012并不能完全適用，相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)更是缺乏規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化，性能評(píng)價(jià)不統(tǒng)一。國內(nèi)尤其是金屬材料領(lǐng)域，在高溫維氏硬度的試驗(yàn)方法上，亟需一件金屬材料高溫維氏硬度的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)金屬材料及產(chǎn)品的高溫動(dòng)態(tài)硬度質(zhì)量提供評(píng)價(jià)保障。二、預(yù)期的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益本標(biāo)準(zhǔn)充分考慮了我國金屬材料的制備技術(shù)水平、對(duì)高溫維氏硬度的測試需求、相關(guān)測試設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用情況、試驗(yàn)方法現(xiàn)狀等。在科研領(lǐng)域，本標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施將使金屬材料的高溫維氏硬度試驗(yàn)方法有標(biāo)準(zhǔn)可查，有據(jù)可依，為研究者進(jìn)行金屬材料高溫性能相關(guān)的試驗(yàn)研究和理論探索提供有效、有力的數(shù)據(jù)支撐保證，促進(jìn)材料學(xué)研究的發(fā)展，為我國提升金屬材料研發(fā)技術(shù)水平保駕護(hù)航。在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，國內(nèi)金屬材料產(chǎn)品涉及的高溫硬度測試年需求近年呈上漲趨勢，若能實(shí)現(xiàn)金屬材料高溫維氏硬度試驗(yàn)方法在這些產(chǎn)品上的全覆蓋應(yīng)用，將極大地提高本產(chǎn)業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)效率，進(jìn)而提升企業(yè)核心技術(shù)競爭力，并強(qiáng)化經(jīng)營者的自律意識(shí)，營造有序、公平的市場環(huán)境，降低因缺乏產(chǎn)品高溫硬度性能標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致產(chǎn)品市場紊亂及連帶經(jīng)濟(jì)損失的風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)金屬材料行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益增長和健康快速發(fā)展。此外，本標(biāo)準(zhǔn)的制定及實(shí)施將有助于我國政府管理部門和金屬材料行業(yè)協(xié)會(huì)、社會(huì)團(tuán)體構(gòu)建成熟的金屬材料高溫力學(xué)性能評(píng)價(jià)體系，質(zhì)量管理體系，對(duì)規(guī)范金屬材料行業(yè)的整體研究行為和試驗(yàn)方法、完善我國金屬材料提升我國標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和管理能力很有意義，社會(huì)效益顯著。三、工作簡況3.1任務(wù)來源本項(xiàng)目經(jīng)中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)批準(zhǔn)立項(xiàng)（材試標(biāo)字[2021]074號(hào)），標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目歸口管理委員會(huì)為CSTM/FC99/TC01綜合標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域委員會(huì)金屬磨損控制與成型技術(shù)委員會(huì)，該標(biāo)準(zhǔn)（中文版）立項(xiàng)編號(hào)為CSTMLX990100650-2021，項(xiàng)目名稱《金屬材料高溫維氏硬度試驗(yàn)方法》，標(biāo)準(zhǔn)牽頭單位為廣東省科學(xué)院材料與加工研究所。3.2主要工作過程（1）立項(xiàng)階段立項(xiàng)之前，標(biāo)準(zhǔn)起草單位對(duì)國內(nèi)的大專院校、科研院所、設(shè)備廠家、產(chǎn)品用戶等單位進(jìn)行了大量調(diào)研，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)理論、方法及設(shè)備進(jìn)行了廣泛研究。2020年5月，按照中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)金屬磨損控制與成型技術(shù)委員會(huì)的通知，針對(duì)《金屬材料高溫維氏硬度試驗(yàn)方法》的標(biāo)準(zhǔn)制定任務(wù)，廣東省科學(xué)院材料與加工研究所成立了標(biāo)準(zhǔn)起草組，確定了參編單位和人員分工，制定了標(biāo)準(zhǔn)編制計(jì)劃，標(biāo)準(zhǔn)制定正式開始。（2）起草階段2020年5月，廣東省科學(xué)院材料與加工研究所標(biāo)準(zhǔn)編制起草小組進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)情況調(diào)研和任務(wù)落實(shí)，完成標(biāo)準(zhǔn)草案的初步修改，并且對(duì)外征集參加標(biāo)準(zhǔn)制定意向的單位。2020年7月，廣東省科學(xué)院材料與加工研究所標(biāo)準(zhǔn)編制小組討論了標(biāo)準(zhǔn)文本內(nèi)容，討論了術(shù)語及定義、試驗(yàn)設(shè)備、試樣要求、試驗(yàn)程序、應(yīng)用領(lǐng)域等問題，并做了修改。2020年9月，編制起草小組經(jīng)過前期技術(shù)驗(yàn)證與理論推導(dǎo)，完善修改標(biāo)準(zhǔn)中的部分參數(shù)，同時(shí)，積極與行業(yè)協(xié)會(huì)，與團(tuán)體成員單位進(jìn)行研討，明確了各家單位的任務(wù)分工，由廣東省科學(xué)院材料與加工研究所負(fù)責(zé)整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的統(tǒng)籌策劃，標(biāo)準(zhǔn)草案撰寫等，廣泛收集修改意見，共同修改完善標(biāo)準(zhǔn)。2021年1月，編制起草小組重點(diǎn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)名稱、范圍、術(shù)語及定義、試驗(yàn)原理、試樣、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)方法及步驟、試驗(yàn)結(jié)果處理等部分進(jìn)行了逐句修改。2021年4月，編制起草小組仔細(xì)研討本標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，檢查了文本結(jié)構(gòu)、修正語句表達(dá)、修改完善圖表等，最終確定標(biāo)準(zhǔn)的全部內(nèi)容，形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿。四、標(biāo)準(zhǔn)編制原則本標(biāo)準(zhǔn)在制定過程中，遵循“面向市場、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時(shí)推出、及時(shí)修訂、不斷完善”的原則，注重標(biāo)準(zhǔn)制定與技術(shù)創(chuàng)新、試驗(yàn)驗(yàn)證、產(chǎn)業(yè)推進(jìn)、應(yīng)用推廣相結(jié)合。本著先進(jìn)性、科學(xué)性、合理性和可操作性以及標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性、適用性、一致性和規(guī)范性的原則來進(jìn)行本標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。本標(biāo)準(zhǔn)在起草過程中主要按GB/T1.1-2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分:標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)則》的要求編寫。在確定本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)時(shí)，綜合考慮使用對(duì)象的操作能力和試驗(yàn)需求，在確保安全可行的前提下，尋求最大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，充分體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)在方法和技術(shù)上的先進(jìn)性和合理性。五、標(biāo)準(zhǔn)的編制內(nèi)容說明本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)金屬材料高溫下硬度試驗(yàn)的需求和要求，主要對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的硬度計(jì)、壓頭、加熱裝置、氣氛室、冷卻系統(tǒng)和還原系統(tǒng)等做了規(guī)范限定，其次，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4340.1-2009，對(duì)試樣及相應(yīng)的試驗(yàn)程序在以下幾個(gè)內(nèi)容進(jìn)行了修改和補(bǔ)充：（1）增加了在特定溫度下測試試樣維氏硬度的要求；（2）增加了在特定溫度下對(duì)顯微高溫維氏硬度的說明；（3）增加了加熱方法的要求；（4）增加了冷卻方法的要求；（5）增加了在特定溫度下對(duì)試樣保溫時(shí)間的要求；（6）增加了對(duì)試驗(yàn)氣氛保護(hù)環(huán)境的要求；（7）增加了在特定溫度下硬度測量值數(shù)量的要求；六、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）結(jié)果分析本標(biāo)準(zhǔn)廣泛統(tǒng)計(jì)了來自高校、研究院所及企業(yè)用戶等單位詳實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，代表性地分析了華南理工大學(xué)制備的H13鋼、香港城市大學(xué)制備的高熵合金、四川大學(xué)制備的高溫合金材料等用戶的金屬材料高溫維氏硬度試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過本標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)獲得的直接數(shù)據(jù)及材料高溫硬度變化趨勢，與理論研究結(jié)論契合。七、采用國際標(biāo)準(zhǔn)和我國先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的情況，與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對(duì)比情況金屬材料高溫維氏硬度試驗(yàn)方法是在室溫維氏硬度試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，本標(biāo)準(zhǔn)在起草過程中充分參考了現(xiàn)有金屬材料維氏硬度試驗(yàn)方法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T4340.1-2009《金屬材料維氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法》、GB/T4340.2-2012《金屬材料維氏試驗(yàn)方法第2部分：硬度計(jì)的校驗(yàn)》、GB/T4340.3-2012《金屬材料維氏試驗(yàn)方法第3部分：標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的標(biāo)定》、GB/T4340.4-2009《金屬材料維氏試驗(yàn)方法第4部分：硬度值表》等，在這些標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步豐富并發(fā)展了金屬材料高溫維氏硬度的試驗(yàn)方法及要求。同時(shí)，借鑒了JJG141《工業(yè)用貴金屬熱電偶檢定規(guī)程》，JJG351《工業(yè)用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》進(jìn)一步細(xì)化了加熱裝置等有關(guān)內(nèi)容。現(xiàn)階段現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)中涉及金屬材料高溫硬度試驗(yàn)的方法與評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的標(biāo)準(zhǔn)未見有發(fā)行。本標(biāo)準(zhǔn)的制定將填補(bǔ)我國關(guān)于金屬材料高溫維氏硬度試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的空白，進(jìn)一步完善我國在金屬材料高溫硬度表征相關(guān)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)