GB／T 21838.1-2019 标准规范下载简介

GB／T 21838.1-2019 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

注：式（A.19)中7是百分数

塑性部分Wls/Wtaal如式（A.21）所示：

T=Wotal Wrotal = Welast + Wolast

=Wtotal (A.19) W rotal = Welast + Wplas .（A.20)

NB／T 31147-2018 风电场工程风能资源测量与评估技术规范Wrotal = Welast + Welas

如果机械功不是通过已记录的压人曲线的积分计算得到，而是通过特殊步骤如使用拟合曲线时得 到的，应在报告中应指出

A.8.2压入功弹性部分nm的表示方法

图A.5压入功的塑性部分和弹性部分

图B.1控制试验力方式示意图

图B.2控制压入深度方式示意图

附录C （规范性附录） 试验机柔度和压头面积函数

（规范性附录） 试样表面粗糙度对试验结果准确度的影响

本附录来源于实验室间维氏压头比对试验结果，见参考文献[9」。 试样表面粗糙度会在压入深度较小的情况下造成点对点的接触，增加接触面积的不确定度。当压 入深度较大时，接触面积的不确定度通常可以认为和压人深度的不确定度，和表面粗糙度成正比。 为保证由于表面粗糙度导致的压人深度的不确定度小于5%，h至少应为表面粗糙度Ra的 20倍即，

1不同试验力F下样品最大允许表面粗糙度R

度<5%的要求可导出最小压人深度。 在纳米范围和显微范围的下限对较高硬度的试样进行试验时也许不能满足式（E.1)的要求。为了 降低试验结果平均值的不确定度，可增加试验次数，并在试验报告中说明。 在纳米范围和显微范围内试验时，推荐对压头压人接触面积区域的表面粗糙度进行测量，或采用合 适的方法观察。通常，表面粗糙度可从已知粗糙度试样的对比或分批抽样中得到。对宏观范围试验，肉 眼观察下，样品表面光滑、抛光或镜面抛光就足够了。对显微范围的试验，镜面抛光的金相样品是足 够的。

（资料性附录） 压入硬度H和维氏硬度HV的换算

对大多数材料，通过选用适当的换算因子，压入硬度H"可换算为维氏硬度HV。 警告：尽管这种方法可以换算，但由此得到的任何等效的HV值并不能代替实际HV值。 从一个理想几何形状的维氏压头或一个已知投影面积的维氏压头可导出一个简单的面积函数。此 时，测出的硬度Hr（用GPa表示）乘以换算因子就得到维氏硬度值HV（用kgf/mm²表示）。对任一压 人深度，维氏压头投影面积A，和表面积A，之比是一个常数（见式F.1)，即：

里，g，是重力加速度，通常为9.80665m/s.因此

对于原始玻氏压头，式（E.4）显示，

因此，可以根据式（F.5），换算HV（kgf/mm²）和H（GPa）

对于改进型玻氏压头，有！

因此，可以根据式（F.7），换算HV（kgf/mm）和Hr（GPa）。

可以根据式（F.7)，换算HV（kgf/mm）和H（G）

.................F.)

+..........

HV= X =103 X ...(F.3) A. Ap gn

.............(F.

.............F

.......(F.4)

IV =103 X ..(F.5 A A

IV =103 X ..(F.5 A A

Ap 24.50 0.9083 26.97

..........(F.)

IV F =103 ×

值得注意的是对于较浅的压入深度（h<6um），通 无法获得理想儿旧形状的压狼：因此这种闻 的换算关系将不存在。通常，较小压入深度时将产生较大的误差。 参考文献「4和[71给出了部分材料H㎡（1/10/20/30）和HV(0.1)之间的换算关系

附录G （规范性附录） 漂移率和蠕变率测定

附录G （规范性附录） 漂移率和蠕变率测定

图3的决策图可辅助估算试验过程中的热漂移，如果漂移速率较天，应通过测定保持施加的试验力 在尽可能接近零点或在力卸除曲线合适位置恒定时的漂移速率来校正位移数据；如果是纯弹性接触，则 保持在最初接触点的试验力恒定为最优选择。保持试验力恒定的过程应足够长以测定由试验机（如由 于温度变化)产生的平均位移漂移速率，并应对所测的所有位移数据进行线性校正。以这种方式获得的 漂移率校正只有当在试验循环期间（无论在压入试验循环中的哪个位置)保持试验力恒定所确定的位移 值的漂移（相对于噪声）被认为是纯仪器效应，而不是来自压人试验引起的材料响应（如粘弹性、非弹性 蠕变、压力诱导相变等)时才是有效的。若材料的影响不能忽视，则需在每次压人测试前和测试后进行 漂移率的测定（比如通过在硬度高的样品表面进行弹性接触），可推算出平均线性漂移速率或在两次压 人试验时间之间进行线性内插。 如果不是纯弹性接触，则没有普遍推荐的方法。根据被测样品材料，优先选择在接近零点的初始力 或直到90%试验力卸除时保持力恒定。因为力卸除试验力位置的刚性接触较大（接触面积较大），通过 亥方法得到的数据分散通常偏小。对于比较难测的材料，可以考虑在压入试验循环周期的开始（接近零 点的初始力）和结束的位置（90%试验力卸除时)都对漂移率进行测量。保持试验力恒定的时间至少要 等同施加试验力的时间或者更长，且在计算漂移速率时最初10s～20s的数据应舍弃，因为这部分初始 数据极易受和时间相关的效应的影响（样品台设置、材料螨变、毛细表面层的形成等），见参考文献[15]。

G.2Fm处的接触螺变

应延长在最大试验力时保持恒定的时间以促使与时间相关变形的完成。因此，保持试验力恒定的 最小时间取决于试验机的能力和被测材料。保持试验力恒定的时间应足够长和/或卸除试验力的时间 应足够短，并满足式（G.1）：

..........(G..)

...(G.2) /2 VHir ×() 2 E VF

便度（和模量）可能与压人深度有关，尤其当使用非自相似的压头时。 注2：当测试粘弹性材料时，增加保持最大试验力恒定时间并不一定会降低漂移率，即便如此，当试验力卸除、料 性恢复开始时，漂移率将会反向。不建议用卸除试验力前的端变率校正卸除试验力时的数据。采用压入误

循环周期小于粘弹性时间常数或使用动态压入试验法测试粘弹性材料的弹性模量更好 试验力施加和卸除速率可相同，如有可能，推荐试验力卸除速率高于施加速率以减少蠕变造成的影 响。使用较低的试验力加载速率可以减少在Fmx时的保持时间，从而达到减少蠕变率的试验要求。 注3：参考文献[15］给出了材料蜻变行为对硬度和模量的影响。结果显示，如果保持试验力恒定时间太短则模量结 果不可信，尤其对具有低硬度一模量比的材料（包含大多数金属）。由于蠕变产生的模量误差可能产生超过 50%，试验力恒定时间的变化会产生产生高达18%的硬度变化。参考文献[15」提出保持试验力恒定时间取 决于材料类型，对于熔融石英为8s，铝为187s。所使用的判据是蠕变速率应该衰减到1min内的深度增加 值小于压人深度的1%。需要注意的是，总压人深度的1%的螨变可导致接近理想塑性材料较大的表面接触 刚度的变化，如金属。 建议在前期试验进行蠕变率的评估，在确保能为随后的分析取得足够的力卸除数据的基础上，力卸 除速率应尽可能最高

附录H （资料性附录） 硬度和材料参数值的不确定度评定

测量不确定度分析对帮助确定误差的来源、理解试验结果的差异是一个有用的工具。本附录给出 了不确定度估算的指南，但不确定度估算值仅供参考

本附录给出了两种硬度和材料参数不确定度的估算方法。 方法1：这种确定不确定度的方法只考虑了与标准样品（下面简称为CRM)有关的试验机总体测量 生能相关的不确定度，这些性能的不确定度（间接验证)反映了所有单独的不确定度的综合效果。在试 验过程中便用此方法需要重点注意的是，单个机器组件要在所允许的误差范围内操作，所有的试验接照 ISO14577的本部分执行。该方法的基本假设是，测量CRM时所得到的不确定度和测量其他试样所产 生的不确定度是相同的。这也许是不对的，因为所采用的压入试验循环不同，或者被测试样和CRM的 材料特性不同，或者由于压痕大小不一样而导致很强的尺寸效应。 方法2：这种方法给出了所有已识别出的对不确定度有影响因素的定量估算。（见第8章）

对于标准硬度块的标准值，不同的试验机试验会产生不同的偏离（偏差或者误差）6，（见表H.1，步 骤6）。可以预测，对于特定的设备，这是一个受系统影响的恒定值，也可以预测，这个偏差大于不确定 度中的随机分量，在不确定度中起主要作用。扩展不确定度U由式（H.1)给出，试验结果由式（H.2） 给出。

U=k·VuC+uHM+u+1b X=r+U

k·uCRM+uHM+u+b X=r+U

金值经过偏差修正后，测量结果由式（H.4)给出

Uor=k·uarm+uim+u+u?

Xr =(r +b) ±Uom

........................H.4)

H.2.3.1.1该方法给出了所有已识别出的对不确定度有影响因素的定量估算。

1.2.3.1.1该方法给出了所有已识别出的对不确定度有影响因素的定量估算。 H.2.3.1.2需已知以下校准值的不确定度：

H.2.3.2模量分析

用式（H.5）可估算E，的不确定度

总柔度； 一机架柔度， 注：为获得压入模量E的不确定度，需要输人金刚石的弹性模量、金刚石和样品的泊松比及它们的不确定度。

A，和（C.一C）不确定度分量如图H.1所示。

图H.1压入模量不确定流程图

根据这8种不确定度分量就可以得到总不确定度的预估值，如下所示： 接触面积的不确定度来源于面积函数和接触深度h。测量值的不确定度，这本身就是位移校 准，零点不确定度等的组合。如C一Cr和h。没有一对一关系，用由式（H.6)给定的灵敏度因 子f（CT一C），来衡量它的不确定度

(CT一C)的不确定度包含：卸载曲线斜率不确定度，机架柔度不确定度，位移校准不确定度，力校 催不确定度，残余端变不确定度等组成部分 对于流程图中的每一个框可以用一个表来计算不确定度，根据图H.1建立起总的不确定度是非常 有用的。注意，E，对A，的灵敏度是0.5，因为在式中它是A，的平方根。 表H.2给出了压入深度的随机不确定度。

表H.2不确定因素的计算和组合实例

H.2.3.3硬度分析

H.2.3.3硬度分析

计算硬度的公式由（H.7)给出

GB／T 50328-2014 建设工程文件归档规范Hm=A(h) F max

图H.2硬度不确定度流程图

理解该修正计算对压人试验数据分析的影响非常重要。压入一个模量为E的材料，在试验力作用 下得到接触刚度S（柔度的倒数)和接触半径a（对应的压人深度为h。）。分析使用的面积函数被认为根 据h。（从尖端到压头中心的测量数据）时压头的真实形状（空载)得到的。设定未施加试验力时的接触 半径为ao，由于径向膨胀，实际的接触半径α小于压头面积函数值ao，用因子（1一KxH.o/E.。）表 示。因此修正径向扩张后，得到的接触面积值（接触深度h。处）元a”小于元a，元a可以从直接方法测量 得到的空载压头形状在相同接触深度的压头面积值得到。 因此，修正径向膨胀产生的压入试验数据增加了如式（1.1)和式（I.2)中E和H的值

HiT.I =HiT.o H rT.0 +K: E IT.0

式中： H.。—压人硬度的初步估计（见A.4.1)； E.。压人折合模量的初步估计（见A.5.1)； ? 一一压头表面和原始表面的平面之间的夹角。 第一次校正产生的差别最大，但是E和H相互依赖，可采用迭代的方法获得最好的结果。 反之，实际（未施加试验力)压头面积函数取决于标准块的压人试验结果，未施加试验力时接触面积 由修正式（1.4）计算

H iT.CRM /Ap.F=o(h。）= 2E E..CRM

作一级近似值DB34／T 4247-2022 公共建筑节能改造节能量核定规程(附条文说明).pdf，见式（1.5）。 /Ap.F=(h)= S1+K HiT 2E. Er.CRM, Hr=A.(h) F

注2：可以看出，如果不进行此修正，对同一压头，得到的压入面积函数会随着所压人标准块的变化而变化，并 当压入非标准块时，会产生一个误差，该误差是材料特性差异的函数。 对于弹性材料，径向修正误差很大，如那些通常被用来推导压头面积函数的材料