Table 1.常用的维氏硬度试验标准
硬度是金属材料重要的力学性能指标之一，硬度试验是研究材料力学性能、选定加工工艺和保证产品质量的重要手段。硬度测试常见的方法有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、努氏硬度、肖氏硬度和里氏硬度测试。维氏硬度试验不仅能衡量材料的软硬程度，还能灵敏地反映金属材料在化学成分、显微组织、热加工工艺及冷加工变形等方面的差异，故在材料评价、制造过程质量控制和产品质量检验等领域中得到广泛应用[1-4]。维氏硬度试验标准体系主要由试验方法、硬度计检验和校准以及标准硬度块标定3个部分标准组成，常用的维氏硬度试验标准如表1所示。
由表1可知：除ASTM标准外，其他国家如日本、欧洲及我国等均为采标ISO标准，但欧洲的EN和日本的JIS均已采标最新现行的ISO标准，而我国只有试验方法标准采标了最新的ISO标准，硬度计检验和校准和标准硬度块标定尚未更新，且由于实际应用过程中的历史原因，国内力学实验室还依据标准JJG 151—2006和JJG 148—2006检定规程检定/校准硬度计和标准硬度块，其使用频率大于标准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》中7.2.1.1节指出：“使用不同标准进行力学性能检测时，应注意标准之间的差异部分，包括试样尺寸和精度、对设备的要求、试验过程的要求、计算结果的修约等”。为此，笔者重点选取了现行标准ASTM E92-23、ISO 6507.1:2023和GB/T 4340.1—2024，并以力学实验室常用的HV1和HV10为例，分别从硬度计和标准硬度块要求、试样要求、日常（周期性）检查/期间核查、压痕测量等方面进行差异对比分析。
1. 国内外常用维氏硬度试验标准差异
1.1 硬度计和标准硬度块要求
维氏硬度试验对硬度计和标准硬度块的要求主要由其引用的硬度计检验/校准标准、标准硬度块的标定标准中给出。鉴于ISO、GB和ASTM标准体系中对于压痕测量允许误差、示值误差及对角线测量值重复性的定义不一致，有的采用硬度HV进行计算，有的采用压痕对角线长度d进行计算，为了便于三者之间的进行比较，笔者在比较不同标准差异时，将其统一按硬度表示（见表2和表3）。标准GB/T 4340.2—2012原文给出的重复性数据按压痕尺寸表示，此处换算成按硬度表示。示值误差系按ISO 6507-2:2018中表5的公式计算得出。标准ASTM E92-23附录A1，A2，A3原文给出的示值误差和重复性数据按压痕尺寸表示，此处换算成按硬度表示。
Table 2.维氏硬度计要求差异
Table 3.标准硬度块的差异
由表2可知：标准GB/T 4340.1—2024和ISO 6507.1:2023对硬度计的要求基本一致，两者与标准ASTM E92-23的要求则有差异。对于压痕测量允许误差要求，标准ASTM E92-23高于标准GB/T 4340.2—2012或标准JJG 151—2006；而对于示值误差和重复性要求，在不同的标尺或硬度值范围，标准ASTM E92-23与标准GB/T 4340.2—2012或标准JJG 151—2006的要求不一致，互有高低。
由表3可知：在维氏标准硬度块的校准周期方面，标准GB/T 4340.3—2012和ISO 6507-3:2018规定的校准周期为5 a，在实际应用中广泛使用的标准JJG 148—2006规定的校准周期为1 a，而标准ASTM E92-23没有约束规定；在标准块的压痕尺寸要求方面，标准GB/T 4340.1—2024附录D中对硬度计、对角线长度测量系统和压头的期间核查进行规定，试验时应选择在合适的标尺下按照标准GB/T 4340.3—2012校准且与所使用硬度水平相近的标准硬度块，目前最新有效的标准GB/T 4340.3—2012中8.3.e）规定，标准硬度块证书应附有“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 6507-3:2018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”，。而标准JJG 148—2006的检定证书中仅提供标准值和均匀度，并没有“标准压痕”的规定，这样的维氏硬度标准块就不具备进行压痕测量装置的间接检验功能，不能满足标准GB/T 4340.1—2024的实施要求。
从标准在标准硬度块的检定/校准机构提供的证书方面来看，附有每个压痕的对角线尺寸和位置，对日常检查更方便。在标准块硬度均匀度方面，不同标准的要求也各有差异。对于以硬度百分比表示的约400 HV1标准块，我国和ISO标准对其均匀度的要求均为4%，低于标准ASTM E92-23的要求（3%）。基于以上对硬度计和标准硬度块差异的对比分析得出，ASTM标准的要求普遍比ISO标准要高。
1.2 试样要求
试样表面制备要求的差异如表4所示。由表4可知：标准ASTM E92-23的规定更具体明确。
Table 4.试样表面制备要求的差异
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。由表5可知：在对压痕对角线测量系统的日常检查方面，标准GB/T 4340.1—2024和ISO 6507.1:2023有明确要求且具可操作性，标准ASTM E92-23无相关内容；在核查记录方面，日常检查所测数据应当保存一段时间，以便监测硬度计的再现性和测量设备的稳定性，标准GB/T 4340.1—2024未考虑硬度计的日常性能（再现性）及差异较大情况下测量不确定度贡献的计算，标准ISO 6507-1:2023附录D提出了可以适当地包含其他不确定度贡献中有硬度计日常检查时的再现性变化，标准ASTM E92-23中A1.6.1节指出，建议保留日常检查结果的记录应包括检查日期、测量结果、标准硬度块的标定值、标块识别信息及核查人员姓名等，并规定了根据日常检查所测数据，可采用控制图方法或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中给出的硬度测量不确定度计算公式[5]。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
1.4 压痕测量
压痕测量的差异如表6所示。由表6可知：从压痕放大倍数来看，标准ASTM E92-23提出了应使用可以对完整压痕成像的最大放大倍数，并给出了常用物镜的放大倍数。标准ASTM E92-23推荐的显微镜总放大倍数的选择如表7所示，显微镜总放大倍数为物镜放大倍数乘以目镜放大倍数，表中列出了推荐的显微镜总放大倍数为10倍目镜放大倍数。因此标准ASTM E92-23比标准GB/T 4340.1—2024和ISO 6507.1:2023更具可操作性。此外，标准ASTM E92-23规定放大倍数宜尽可能的放大，直到压痕长度不宜超过视场宽度的75%（以确保落在物镜平场内），而标准GB/T 4340.1—2024和ISO 6507.1:2023的规定是放大到视场的25%到75%之间即可，由于压痕图像被尽量放大，可使压痕对角线的测量准确度更高。
Table 6.压痕测量的差异
Table 7.ASTM E92-23推荐的显微镜总放大倍数的选择
2. 结语
（1） 标准GB/T 4340.1—2024和ISO 6507.1:2023对硬度计的要求基本一致，两者与标准ASTM E92-23的要求有差异。对于压痕测量允许误差要求，标准ASTM E92-23要略高；而对于示值误差和重复性要求，在不同的标尺或硬度值范围，三者要求不一致，互有高低。
（2）在试样要求、压头检查、压痕放大倍数选择、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标准的实验室也可借鉴。
（3）标准GB 4340.1—2024和ISO 6507-1:2023关于使用标准块上压痕检查对角线长度测量系统的规定，在验证压痕测量系统有效性的同时，还可修正检测人员对压痕尖端“卡线”习惯带来的系统误差，明显优于标准ASTM E92-23。
（4）标准JG 148—2006证书内容缺少压痕对角线长度尺寸，无法满足标准GB/T 4340.1—2024中检查对角线长度测量系统的要求，同时规定的标准块有效期缺乏依据、也与ISO标准冲突。标准GB/T 4340.2—2012和GB/T 4340.3—2012内容也有所滞后，无法满足实际应用需求。目前，由全国试验机标准化技术委员会归口管理的标准GB/T 4340.2—2012和GB/T 4340.3—2012已列入修订计划（计划号：20230594-T-604、20230595-T-604），且已进入标准批准阶段，不日将发布。为此，建议尽快修订标准JJG 148—2006或广泛推广使用最新的GB/T 4340.3，以满足维氏硬度试验的实际应用需求。
文章来源——材料与测试网