小管徑薄壁不銹鋼管硬度測(cè)試分析

戴維明

(核工業(yè)260廠，南昌 330002)

0　引言

筆者在工作中遇到了一個(gè)測(cè)試問(wèn)題：委托方送來(lái)一組小管徑薄壁不銹鋼管試樣，其管外徑為8mm，管壁厚分別為0.6mm、0.8mm和1mm，委托要求測(cè)試洛氏硬度HRB值。之前委托方曾送樣到本市多家資質(zhì)測(cè)試機(jī)構(gòu)測(cè)試，均未測(cè)出洛氏硬度HRB值。筆者用周期檢定合格的洛氏硬度計(jì)，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)塊期間檢查合格，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 230.1—2009《金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)法》進(jìn)行測(cè)試，無(wú)論采用心軸或V型塊剛性支撐，其HRB示值不是太低就是趨于零，不符合常規(guī)同類(lèi)材料的硬度值，并低于洛氏硬度HRB標(biāo)尺的適用范圍。從多家測(cè)試情況來(lái)看，與測(cè)試常規(guī)不符，明顯產(chǎn)生疑點(diǎn)。用洛氏硬度HRB標(biāo)尺測(cè)試該種鋼管不適宜。

1　測(cè)試原因分析

這種不銹鋼管的形態(tài)尺寸不滿(mǎn)足試驗(yàn)法的常規(guī)試件要求，其質(zhì)軟、壁薄和管狀，易導(dǎo)致受力變形。整個(gè)基體在測(cè)試中，剛性支撐不足。小徑薄壁試樣在相對(duì)較大直徑1.5875mm球壓頭和相對(duì)較大的總試驗(yàn)力980.7N的作用下，基體異常過(guò)量變形，導(dǎo)致洛氏硬度殘余壓入深度h參數(shù)異常增大，引起失真。按照HRB標(biāo)尺洛氏硬度=130-h/0.002關(guān)系式，從而導(dǎo)致HRB示值異常偏低，低于HRB的適用范圍20～100HRB。此外，按照GB/T 230.1—2009《洛氏硬度試驗(yàn)法》附錄B的洛氏硬度-試樣最小厚度關(guān)系圖要求，經(jīng)查閱相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)，該類(lèi)鋼種材質(zhì)要求硬度上限為90HRB，所對(duì)應(yīng)的試樣最小厚度應(yīng)大于1.2mm，顯然該種鋼管的壁厚也偏小，不符合試驗(yàn)法要求。

2　測(cè)試方法的選擇

按照該種類(lèi)不銹鋼管的相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)的硬度要求，維氏硬度不大于200HV、布氏硬度不大于187HBW、洛氏硬度不大于90HRB，可選其中一種測(cè)試方法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。該材料標(biāo)準(zhǔn)之所以制定不同的硬度測(cè)試方法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，可能是考慮到各種材料材質(zhì)形態(tài)尺寸對(duì)硬度測(cè)試的不同要求。對(duì)于洛氏硬度HRB測(cè)試方法，根據(jù)之前的測(cè)試分析結(jié)果是不能用的。至于布氏硬度試驗(yàn)法，按照GB/T 231.1—2002《金屬材料布氏硬度試驗(yàn)方法》，鋼類(lèi)試件所要求的球壓頭直徑2.5mm和試驗(yàn)力1839N，相對(duì)本單位硬度計(jì)是最小的，但相對(duì)洛氏硬度HRB試驗(yàn)法仍顯得大，更不適宜該種小徑薄壁不銹鋼管的測(cè)試。維氏硬度有一個(gè)連續(xù)一致的標(biāo)度，試驗(yàn)時(shí)負(fù)荷可任意選擇，試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)力小，壓入深度淺，測(cè)定硬度值比布氏、洛氏硬度精確。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.1—2009《金屬材料維氏硬度試驗(yàn)法》要求，選用HV1-10型低負(fù)荷維氏硬度計(jì)中的HV5級(jí)別，其試驗(yàn)力為49.03N。從被測(cè)件質(zhì)軟、小管徑、壁薄和剛性差的特點(diǎn)看，試驗(yàn)力不能太大，否則引起試樣異常變形，示值失真。當(dāng)然，試驗(yàn)力也不能太小，否則會(huì)導(dǎo)致壓痕對(duì)角線減小，壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度的測(cè)量準(zhǔn)確度下降，分散性增加，不確定度會(huì)增加。所以，選取HV5級(jí)別是適宜的。后續(xù)的五年測(cè)試結(jié)果證明，這種選擇適合試驗(yàn)法及質(zhì)量控制要求。此外，筆者查閱GB/T 4340.1—2009附錄A中的試樣最小厚度-試驗(yàn)力-硬度關(guān)系圖，按照該管材料硬度要求上限200HV，HV5所對(duì)應(yīng)的試樣最小厚度為0.35mm。被測(cè)試樣厚度為0.6mm、0.8mm和1mm，足以滿(mǎn)足要求。其試驗(yàn)力為49.03N，遠(yuǎn)小于洛氏硬度試驗(yàn)力980.7N和布氏硬度試驗(yàn)力1830N，這樣可以大大減小由于試驗(yàn)力過(guò)大，導(dǎo)致試樣異常變形過(guò)大而引起的示值失準(zhǔn)。

3　測(cè)試與示值修正

按照GB/T 4340.1—2009要求，選用經(jīng)周期檢定和期間檢查合格的HVI-10型低負(fù)荷維氏硬度計(jì)，選用HV5級(jí)別，采用試樣心軸或V型塊剛性支撐，對(duì)多組試件進(jìn)行測(cè)試。從多組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中隨機(jī)選擇一組數(shù)據(jù)，證實(shí)測(cè)試與示值修正過(guò)程。某組壓痕對(duì)角線平均長(zhǎng)度分別為0.232mm、0.233mm和0.241mm,查閱相關(guān)硬度值表，得到相應(yīng)的維氏硬度值分別為172HV5、171HV5和160HV5。因試樣測(cè)試面為凸圓柱面，用內(nèi)插法查閱GB/T 4340.1—2009附錄B表B.5，得到相應(yīng)的修正系數(shù)為0.985，乘以維氏硬度示值，最終得到修正后的硬度值分別為169HV5、168HV5和158HV5,其算術(shù)平均值為165.0HV5。至于結(jié)果的不確定度，GB/T 4340.1—2009只明確如果需要才評(píng)估，因委托方?jīng)]有提出要求，故此處不作評(píng)估。

4　測(cè)試驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所選用的維氏硬度方法的適宜性，根據(jù)此次實(shí)際測(cè)量壓痕對(duì)角線的長(zhǎng)度為0.228～0.243mm，對(duì)照GB/T4340.1-2009，所要求的維氏硬度壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度范圍為0.020～1.400mm，證明所用的測(cè)試法完全符合GB/T 4340.1—2009對(duì)被測(cè)件的適用要求，驗(yàn)證了選用此法是適宜的。所得到的測(cè)試示值和修正值，也滿(mǎn)足材料標(biāo)準(zhǔn)對(duì)維氏硬度值不大于200HV的要求。經(jīng)委托方五年的質(zhì)量信息反饋，選用這種測(cè)試方法所得到的測(cè)試結(jié)果，完全滿(mǎn)足產(chǎn)品性能及制造工藝對(duì)該管的質(zhì)量要求。

5　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上測(cè)試分析，雖然洛氏硬度測(cè)試操作迅速簡(jiǎn)便，且HRB標(biāo)尺適于測(cè)試軟質(zhì)試件，但是對(duì)于不同材質(zhì)形態(tài)尺寸的試樣，其測(cè)試還是具有特殊性和適宜條件。應(yīng)該具體問(wèn)題具體分析，選擇適宜的測(cè)試方法，才能保證測(cè)試量值的準(zhǔn)確可靠。

[1]GB/T 230.1—2009金屬材料 洛氏硬度試驗(yàn) 第一部分:試驗(yàn)方法.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009

[2]GB/T 231.1—2002金屬布氏硬度試驗(yàn)第一部分；試驗(yàn)方法 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003

[3]GB/T 4340.1—2009金屬材料維氏硬度試驗(yàn)第一部分；試驗(yàn)方法.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009

[4]GB 13296—2007鍋爐、熱交換器用不銹鋼無(wú)縫鋼管.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007

[5]史美堂.金屬材料及熱處理.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1991