揭秘材料硬度检测的科学奥秘

行业标准《鞋用微孔材料硬度试验方法》由全国橡胶与橡胶制品标准化技术委员会归口上报，主管部门为国家发展和改革委员会。本标准规定了用微孔材料硬度计测定鞋用微孔材料硬度的试验方法。本标准适用于压缩率为50%时，应力达到0.049MPa以上的鞋用微孔材料硬度的测定。

行业标准《鞋用微孔材料硬度试验方法》，主管部门为化学工业部。本标准规定了用橡塑微孔材料硬度计测定鞋用微孔材料的硬度方法.本标准适用于压缩为50%时,应力0.049MPa以上时，采用橡塑并用，塑料含有发泡剂制成的鞋用微孔材料硬度的测定。

国家标准《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压入试验 第2部分：试验机的检验和校准》由TC122（全国试验机标准化技术委员会）归口，主管部门为中国机械工业联合会。

本文件规定了按照GB/T 21838.1-2019进行仪器化压入试验用的试验机的检验和校准方法。本文件描述了检查试验机主要功能的直接检验法和适用于测定试验机重复性的间接检验法。除直接检验法外，间接检验法也用于使用中的试验机例行的周期检验。对于每种试验方法应单独对试验机进行间接检验。本文件也适用于便携式试验机。

国家标准《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压入试验 第3部分：标准块的标定》由TC122（全国试验机标准化技术委员会）归口，主管部门为中国机械工业联合会。

本文件规定了按照GB/T 21838.2-2022对仪器化压入试验机间接检验用的标准块的标定方法。

国家标准《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压痕试验 第4部分:金属和非金属覆盖层的试验方法》由TC183（全国钢标准化技术委员会）归口，TC183SC4（全国钢标准化技术委员会力学及工艺性能试验方法分会）执行，主管部门为中国钢铁工业协会。

GB/T 21838的本部分规定了金属和非金属覆盖层硬度和材料参数的仪器化压痕试验方法，它特别适用与纳米/显微范围内薄的覆盖层试验。当在试样表面进行压痕试验时，本方法仅限于单层覆盖层，但如果相对于压痕尺寸来说，每一层的厚度足够大或梯度足够小，则也可在其横截面上测量梯度和多层覆盖层材料的性能。本标准不限定材料的类型，它适用于金属、非金属和有机覆盖层。仅在使用顶端曲率半径足够小、足以使覆盖层产生塑性变形的棱锥或圆锥形压头时，可应用本部分进行硬度测量。对粘弹性或易发生蠕变的材料，试验时间对其硬度测量影响很大。

国家标准《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压痕试验 第1部分:试验方法》由TC183（全国钢标准化技术委员会）归口，TC183SC4（全国钢标准化技术委员会力学及工艺性能试验方法分会）执行，主管部门为中国钢铁工业协会。

常规范围内通常使用硬质合金压头，因为接触压力大时压头易损坏。对于硬度值和弹性模量较高的样品，宜考虑压头变形对试验结果的影响。

国家标准《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压入试验 第4部分:金属和非金属覆盖层的试验方法》由TC183（全国钢标准化技术委员会）归口，TC183SC4（全国钢标准化技术委员会力学及工艺性能试验方法分会）执行，主管部门为中国钢铁工业协会。

本文件规定了金属和非金属覆盖层硬度和材料参数的仪器化压人试验方法，它特别适用于纳米／显微范围内的薄覆盖层试验。如果压人深度相对于覆盖层厚度很小，以至于在任何可能情况下都可以忽略基体材料的影响而将覆盖层当作块体材料时，没有必要采用本文件，该情况下的试验限制条件会在本文件给出。本方法仅限于对试样表面进行垂直压入的单层覆盖层试验，但如果相对于压痕尺寸来说，每一层的厚度或梯度大于测量分辨率，则也可在其横截面上测量有梯度和多层覆盖层材料的性能。本方法不限定材料的类型，它适用于金属和非金属覆盖层。在本文件中，术语“覆盖层”用于描述与连接基体不同并有着均匀性质的任何固体层。该方法假定覆盖层性能不随压人深度变化。对于复合材料覆盖层，如果微观结构尺寸小于压痕尺寸，复合材料覆盖层可以被视作均匀的。本文件仅适用使用顶端曲率半径足够小的棱锥或圆锥形压头，从而保证测量所产生的塑性变形发生在覆盖层内部。对粘弹性或易发生蠕变的材料，试验时间对其硬度测量影响很大。注1:ISO14577-I、ISO14577-2和ISO14577-3规定了在所有力和位移范围内块体材料的仪器化压人试验方法。注2：这里采用的分析中未考虑压痕的凸起（pile-up）或凹陷（sink-in)。使用原子力显微镜（AFM）评价压痕的形状以确定压痕周围表面的凸起或凹陷，这些表面效应导致分析中接触面积的低估（凸起）或高估（凹陷），进而可能影响测量结果。凸起通常发生在完全加工硬化的材料上。由于覆盖层塑性变形区域中应力的约束，软的延性好的薄覆盖层材料更易形成凸起。文献表明，测量硬度时凸起会导致实际接触面积的增加，而这种影响对压人模量的测量不明显，因为凸起部分的刚性偏低［l.2］。

国家标准《金属材料 硬度值的换算》由TC183（全国钢标准化技术委员会）归口，TC183SC4（全国钢标准化技术委员会力学及工艺性能试验方法分会）执行，主管部门为中国钢铁工业协会。

本标准规定了硬度值之间以及硬度值与抗拉强度估算值之间的换算原则，给出了换算表的使用通则。 本标准附录A至附录G中的换算表适用于： ——非合金钢、低合金钢和铸钢； ——调质钢； ——冷加工钢； ——高速钢； ——硬质合金； ——有色金属及合金； ——工具钢。 注1：附录B至附录G的换算表是依据回归分析得到的经验结果。附录A的换算表因尚无足够的测量结果而无法 做类似的分析。 注2：附录H给出的信息是关于改变标准规定的测试硬度程序所产生的影响。 使用本标准得到的换算值仅能应用于特定的被测材料，对于其他材料仅为参考。在任何情况下，换算值不能替代选用正确的试验方法测得的硬度值，与硬度值之间的换算相比，通过本标准的换算值来估算抗拉强度值的可靠程度是最低的。

国家标准《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压入试验 第1部分：试验方法》由TC183（全国钢标准化技术委员会）归口，TC183SC4（全国钢标准化技术委员会力学及工艺性能试验方法分会）执行，主管部门为中国钢铁工业协会。

GB/T21838的本部分规定了下列三个范围内金属材料仪器化压人试验法测定硬度和其他材料参数的方法：——宏观范围：2N≤F≤30kN;——显徽范围：F<2N,h>0.2μm;——纳米范围:h≤0.2μm。对纳米范围，力学变形严重依赖于压头顶端的实际形状，试验机所用的压头接触面积函数会严重影响材料参数的计算。因此，为了使不同仪器测得的材料参数的复现性在可接受范围内，需要仔细校准仪器和压头形状。宏观和显微范围是按照相对于压人深度的试验力大小区分的。注意，显微范围上限以试验力（2N）表示，下限以压人深度（0.2μm）表示。硬度和其他材料参数的测定见附录A。宏观范围内通常使用硬质合金压头，因为接触压力大时压头易损坏。对于检测硬度值和弹性模量较高的样品，可以通过标准块来检测压头可能产生的永久变形，并且需要考虑压头永久变形对试验结果的影响。本部分也可适用于薄的金属和非金属覆盖层以及非金属材料。在这种情况下，宜参考相关的标准（见6.3和ISO14577-4)。

国家标准《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压痕试验 第2部分: 试验机的检验和校准》由TC122（全国试验机标准化技术委员会）归口，主管部门为中国机械工业联合会。

GB/T 21838的本部分规定了按照GB/T 21838.1进行仪器化压痕试验用的试验机的检验和校准方法。本部分描述了检查试验机主要功能的直接检验方法和适合于测定试验机重复性的间接检验法。除直接检验法外，间接检验法也用于使用中的试验机例行的周期检验。对于每种试验方法应单独对试验机进行间接检验。本部分也适用于便携式试验机。

国家标准《金属材料 硬度试验 超声接触阻抗法》由TC183（全国钢标准化技术委员会）归口，TC183SC4（全国钢标准化技术委员会力学及工艺性能试验方法分会）执行，主管部门为中国钢铁工业协会。

本标准规定了金属材料超声接触阻抗法硬度试验的术语和定义、原理、符号及说明、试验设备、试样、试验程序、结果的不确定度、试验报告。本标准适用于金属材料超声接触阻抗法硬度试验，也适用于金属涂层、镀层及硬化层的超声接触阻抗法硬度试验。

国家标准《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压痕试验 第3部分: 标准块的标定》由TC122（全国试验机标准化技术委员会）归口，主管部门为中国机械工业联合会。

GB/T 21838的本部分规定了按照GB/T 21838.2-2008的规定对仪器化压痕试验机间接检验用的标准块的标定方法。

国家标准《软质泡沫聚合材料 硬度的测定（压陷法）》由TC48（全国塑料制品标准化技术委员会）归口，主管部门为中国轻工业联合会。

本标准规定了三种测定软质泡沫聚合材料压陷硬度的方法。 ——方法A：压陷硬度指数，给出了试验室的压陷测量方法； ——方法B；压陷硬度特性，给出了硬度曲线测量方法； ——方法C；压陷硬度检验，给出了用于质量控制的快速方法。 本标准适用于乳胶、聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）开孔泡沫塑料。 本方法所得到的测试结果与测试条件有关。通常这个结果不能直接用于对产品进行的设计。