Page 18 - 理化检验-物理分册2024年第十期

侯晓东：ISO 4545-1:2023和ISO 6507-1:2023标准的修订过程及技术改进

弹性极限内而材料没有产生塑性形变，该试验就不 1 维氏硬度和努氏硬度的ISO国际标准发
能认为是硬度测试。 展历史简介
在维氏硬度测试出现之前，人们已经在使用一
维氏硬度和努氏硬度的相关标准经历了长期的
些硬度测试方法，包括布氏硬度测试和洛氏硬度测
发展过程。维氏硬度诞生于英国，相关标准也首先
试等，尤其布氏硬度测试在20世纪初期得到了广泛
在英国发展起来。笔者查询到最早的维氏硬度标准
应用。布氏硬度测试使用的是球形压头和较大的加
是由英国标准协会于1961年发布的BS 427-1《维氏
载试验力，会在材料表面残留一个较大的压痕，布
硬度试验方法 第 1 部分：金属试验方法》，在此基础
氏硬度测试通常适用于相对较软的金属和非金属材
上制定了最早的维氏硬度ISO国际标准ISO/R 81
料，一般不适合测试薄板、带材及薄壁管材，对于硬
《钢的维氏硬度试验》，该国际标准在1982年被ISO
度较高的材料也有一定的局限性。为了解决这些问
6507系列标准替代，经过几十年的发展和多次修订，
题，在20世纪20年代，提出了一种新的硬度测试方
形成了现在的维氏硬度ISO国际标准ISO 6507《金
法，即维氏硬度测试。这种硬度测试方法使用的是
属材料‒维氏硬度试验》。努氏硬度ISO国际标准最
金刚石正棱锥体压头，通过测量压痕对角线长度来 早形成于1993年，包括ISO 4545:1993《金属材料-
确定硬度，其试验原理和布氏硬度试验原理相同。
硬度试验-努氏试验》、ISO 4546:1993《努氏硬度计
维氏硬度选取正棱锥体的相对面间夹角为136°，这
的校检》和ISO 4547:1993《努氏硬度计用标准块的
个角度对应的是布氏硬度中压痕直径为0.375倍压
检定》等几个标准，在2005年修订后，形成了现有的
头直径时的切角，保证了维氏硬度和布氏硬度为
ISO 4545国际标准系列。
300~400 HB时具有较好的一致性。相对于布氏硬
度使用的球型压头，维氏硬度使用的正四棱锥压头 2 ISO 4545-1:2017 和 ISO 6507-1:2018 的
具有几何自相似性，在不同试验力下获得的压痕也 修订目的和完成历程
具有几何自相似性，因此材料在变形过程中的加工 ISO 4545和ISO 6507系列标准是努氏硬度和维
硬化程度不会随压入深度而改变；维氏硬度测量的 氏硬度试验的主要国际标准，由ISO/TC 164“金属
是压痕对角线的长度，压痕顶点位置比较容易确定， 力学试验”技术委员会所属的SC3“硬度试验”分
且受到堆积/凹陷的影响较小； 维氏硬度试验时使用 技术委员会负责，对试验方法、试验机的校准和验
的是金刚石材料的压头，相对于其他材料（如淬火钢 证、标准块的校准等方面提供了全面系统的技术规
球、硬质合金球等），其自身的变形更小，可以测试的 范。由于TC 164技术委员会主要关注金属材料，因
硬度范围也更广，其中显微维氏硬度也常用来测试 此ISO 4545和ISO 6507系列标准被主要限定在金
小试样和覆盖层试样。 属材料试验领域。实际上，维氏硬度和努氏硬度试
努氏硬度的出现稍晚于维氏硬度。努氏硬度试 验方法被广泛应用在各种材料中，在ISO标准体系
验可以使用更小的试验力，因此更适合测试小试样 内的不同技术委员根据所在行业和领域的需求也制
和脆性材料（如玻璃），这也是努氏硬度的设计初衷。 订了相关的维氏硬度和努氏硬度标准，比如适用于
努氏硬度试验使用的也是四棱锥体金刚石压头，锥 烧结金属材料的ISO 4498《不包括硬质金属的烧结
顶相对棱间的角度分别为172°和130°， 长对角线长 金属材料-表观硬度和显微硬度的测定》，适用于陶
度约是短对角线的7倍，是高度（对应压入深度）的 瓷材料的ISO 14705《精细陶瓷（高级陶瓷, 高级工
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30倍。努氏硬度只需要测量压痕的长对角线长度就 业陶瓷）室温下单片陶瓷硬度的试验方法》，适用于
可以计算获得硬度。由于维氏压头和努氏压头几何 焊接接头的ISO 22826《金属材料焊缝的破坏性试
形状有区别，如果压入深度相同，努氏硬度长对角线 验-激光和电子束焊接窄接头的硬度试验 （维氏和努
就是维氏硬度对角线长度的3倍； 如果努氏硬度长对 氏硬度试验）》等，这些标准一般都是努氏硬度和维
角线和维氏硬度对角线长度相同，那么维氏硬度的 氏硬度试样在特定材料或产品上的应用。这些维氏
深度约为努氏硬度的2倍。后来也有学者利用努氏 硬度和努氏硬度试验方法的ISO国际标准的存在说
硬度长对角线和短对角线长度相差比较大的特点来 明这两种硬度方法在工业届应用广泛，但是这也给
研究材料的其他力学性能，比如残余应力、弹性模量 标准的修订和使用带来了一些困扰。首先，这些标
等，不断从理论和试验方法上对努氏硬度试验进行 准一般都会规范性引用ISO 4545和ISO 6507系列
开发和应用拓展。 标准，任何针对这两个标准的修订都有可能影响这
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