CSTM-金屬材料 高溫維氏硬度測試方法編制說明VIP

《金屬材料高溫維氏硬度試驗方法》團體標準編制說明（征求意見稿）《金屬材料高溫維氏硬度試驗方法》項目工作組2021年4月《金屬材料高溫維氏硬度試驗方法》團體標準（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（如閥座和應用模具）在高溫下使用，力學性能表現(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)零件或設備失效。在航空航天、機械、冶金、電力、建筑等領域應用中，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)生動態(tài)變化的機理，是科學家們進一步探究材料高溫力學性能，開發(fā)高品質(zhì)高溫材料的重要基礎，也是企業(yè)家們穩(wěn)定制備高質(zhì)量產(chǎn)品的必備條件，對促進高溫金屬材料領域的系統(tǒng)化進展尤為重要。因此，針對金屬材料的高溫維氏硬度試驗是非常必要的。金屬材料的高溫維氏硬度表征在其高溫力學性能測試中具有非常獨特和唯一的地位，可以標識各種金屬材料在高溫下的硬度及變化，具有巨大的實用性。而由于室溫變化相對硬度變化關聯(lián)不大，它不能被用來評估高溫性能，所以開發(fā)專門的高溫硬度測試裝備及制定相關權威的測試評價標準認證就顯得尤其必須和迫切。要實現(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)，對力學、光學及自動化方面都有非常嚴格的要求。在室溫維氏硬度計及硬度測試系統(tǒng)的基礎上，還要加裝試樣加熱裝置、氣氛保護裝置、循環(huán)冷卻裝置等，維氏壓痕制造，壓痕測量，試樣移動及溫度調(diào)節(jié)全部實現(xiàn)自動化。日本AKSHI、尼康和瑞士Leika等在世界光學和視覺領域擁有的頂尖技術的產(chǎn)品制造商，于20世紀末至21世紀初首先把目光投在了高溫維氏硬度計及設備系統(tǒng)的開發(fā)上，他們在現(xiàn)有室溫硬度計及相關測試標準的基礎上，優(yōu)先開始了高溫顯微硬度計的開發(fā)研制。而伴隨著制備技術的日趨成熟，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)客戶需求提供個性化設計的測試系統(tǒng)，設備出廠時室溫的硬度測試標準均符合于DINENISO6507標準要求。國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)普遍缺乏硬度計和光鏡生產(chǎn)的核心技術，多以加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和氣氛保護系統(tǒng)的輔助開發(fā)生產(chǎn)為主，用戶采購價格大約在100-150萬元/臺套。目前，基于國內(nèi)在高溫材料領域研發(fā)的迫切需求，該類設備的供應數(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)機構、高校、企業(yè)中的應用率會越來越高。在測試及標準方面，設備出廠和實際實施試驗時的測試標準，均服從于DINENISO6507標準要求，而根據(jù)前期調(diào)研，對于實際發(fā)生的溫度變化下的材料動態(tài)硬度變化，現(xiàn)行有效的試驗方法國家標準GB/T4340-2012并不能完全適用，相關行業(yè)標準和團體標準更是缺乏規(guī)范標準化，性能評價不統(tǒng)一。國內(nèi)尤其是金屬材料領域，在高溫維氏硬度的試驗方法上，亟需一件金屬材料高溫維氏硬度的試驗方法標準，對金屬材料及產(chǎn)品的高溫動態(tài)硬度質(zhì)量提供評價保障。二、預期的社會經(jīng)濟效益本標準充分考慮了我國金屬材料的制備技術水平、對高溫維氏硬度的測試需求、相關測試設備的開發(fā)應用情況、試驗方法現(xiàn)狀等。在科研領域，本標準的頒布實施將使金屬材料的高溫維氏硬度試驗方法有標準可查，有據(jù)可依，為研究者進行金屬材料高溫性能相關的試驗研究和理論探索提供有效、有力的數(shù)據(jù)支撐保證，促進材料學研究的發(fā)展，為我國提升金屬材料研發(fā)技術水平保駕護航。在產(chǎn)業(yè)應用方面，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，若能實現(xiàn)金屬材料高溫維氏硬度試驗方法在這些產(chǎn)品上的全覆蓋應用，將極大地提高本產(chǎn)業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)效率，進而提升企業(yè)核心技術競爭力，并強化經(jīng)營者的自律意識，營造有序、公平的市場環(huán)境，降低因缺乏產(chǎn)品高溫硬度性能標準導致產(chǎn)品市場紊亂及連帶經(jīng)濟損失的風險，促進金屬材料行業(yè)的經(jīng)濟效益增長和健康快速發(fā)展。此外，本標準的制定及實施將有助于我國政府管理部門和金屬材料行業(yè)協(xié)會、社會團體構建成熟的金屬材料高溫力學性能評價體系，質(zhì)量管理體系，對規(guī)范金屬材料行業(yè)的整體研究行為和試驗方法、完善我國金屬材料提升我國標準建設和管理能力很有意義，社會效益顯著。三、工作簡況3.1任務來源本項目經(jīng)中國材料與試驗團體標準委員會批準立項（材試標字[2021]074號），標準項目歸口管理委員會為CSTM/FC99/TC01綜合標準領域委員會金屬磨損控制與成型技術委員會，該標準（中文版）立項編號為CSTMLX990100650-2021，項目名稱《金屬材料高溫維氏硬度試驗方法》，標準牽頭單位為廣東省科學院材料與加工研究所。3.2主要工作過程（1）立項階段立項之前，標準起草單位對國內(nèi)的大專院校、科研院所、設備廠家、產(chǎn)品用戶等單位進行了大量調(diào)研，對標準的試驗理論、方法及設備進行了廣泛研究。2020年5月，按照中國材料與試驗團體標準委員會金屬磨損控制與成型技術委員會的通知，針對《金屬材料高溫維氏硬度試驗方法》的標準制定任務，廣東省科學院材料與加工研究所成立了標準起草組，確定了參編單位和人員分工，制定了標準編制計劃，標準制定正式開始。（2）起草階段2020年5月，廣東省科學院材料與加工研究所標準編制起草小組進行標準情況調(diào)研和任務落實，完成標準草案的初步修改，并且對外征集參加標準制定意向的單位。2020年7月，廣東省科學院材料與加工研究所標準編制小組討論了標準文本內(nèi)容，討論了術語及定義、試驗設備、試樣要求、試驗程序、應用領域等問題，并做了修改。2020年9月，編制起草小組經(jīng)過前期技術驗證與理論推導，完善修改標準中的部分參數(shù)，同時，積極與行業(yè)協(xié)會，與團體成員單位進行研討，明確了各家單位的任務分工，由廣東省科學院材料與加工研究所負責整個標準項目的統(tǒng)籌策劃，標準草案撰寫等，廣泛收集修改意見，共同修改完善標準。2021年1月，編制起草小組重點對標準名稱、范圍、術語及定義、試驗原理、試樣、試驗設備、試驗方法及步驟、試驗結果處理等部分進行了逐句修改。2021年4月，編制起草小組仔細研討本標準的內(nèi)容，檢查了文本結構、修正語句表達、修改完善圖表等，最終確定標準的全部內(nèi)容，形成了標準征求意見稿。四、標準編制原則本標準在制定過程中，遵循“面向市場、服務產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時推出、及時修訂、不斷完善”的原則，注重標準制定與技術創(chuàng)新、試驗驗證、產(chǎn)業(yè)推進、應用推廣相結合。本著先進性、科學性、合理性和可操作性以及標準的協(xié)調(diào)性、適用性、一致性和規(guī)范性的原則來進行本標準的制定工作。本標準在起草過程中主要按GB/T1.1-2009《標準化工作導則第1部分:標準的結構和編寫規(guī)則》的要求編寫。在確定本標準主要技術指標時，綜合考慮使用對象的操作能力和試驗需求，在確保安全可行的前提下，尋求最大的經(jīng)濟、社會效益，充分體現(xiàn)了標準在方法和技術上的先進性和合理性。五、標準的編制內(nèi)容說明本標準根據(jù)金屬材料高溫下硬度試驗的需求和要求，主要對試驗設備的硬度計、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)國家標準GB/T4340.1-2009，對試樣及相應的試驗程序在以下幾個內(nèi)容進行了修改和補充：（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試樣保溫時間的要求；（6）增加了對試驗氣氛保護環(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（或驗證）結果分析本標準廣泛統(tǒng)計了來自高校、研究院所及企業(yè)用戶等單位詳實的試驗數(shù)據(jù)，代表性地分析了華南理工大學制備的H13鋼、香港城市大學制備的高熵合金、四川大學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數(shù)據(jù)，結果發(fā)現(xiàn)，通過本標準試驗獲得的直接數(shù)據(jù)及材料高溫硬度變化趨勢，與理論研究結論契合。七、采用國際標準和我國先進標準的情況，與國際、國外同類標準水平的對比情況金屬材料高溫維氏硬度試驗方法是在室溫維氏硬度試驗方法的基礎上發(fā)展起來的，本標準在起草過程中充分參考了現(xiàn)有金屬材料維氏硬度試驗方法的評價標準包括GB/T4340.1-2009《金屬材料維氏硬度試驗第1部分：試驗方法》、GB/T4340.2-2012《金屬材料維氏試驗方法第2部分：硬度計的校驗》、GB/T4340.3-2012《金屬材料維氏試驗方法第3部分：標準硬度塊的標定》、GB/T4340.4-2009《金屬材料維氏試驗方法第4部分：硬度值表》等，在這些標準基礎上進一步豐富并發(fā)展了金屬材料高溫維氏硬度的試驗方法及要求。同時，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》進一步細化了加熱裝置等有關內(nèi)容。現(xiàn)階段現(xiàn)行的國家標準、行業(yè)標準和團體標準中涉及金屬材料高溫硬度試驗的方法與評價準則的標準未見有發(fā)行。本標準的制定將填補我國關于金屬材料高溫維氏硬度試驗方法和評價標準的空白，進一步完善我國在金屬材料高溫硬度表征相關領域的標準化建設