GB/T 4340.3-2025
Испытание твердости по Виккерсу для металлических материалов. Часть 3: Калибровка стандартных мер твердости (Англоязычная версия)

Стандартный №: GB/T 4340.3-2025
язык: Китайский, Доступно на английском
Дата публикации: 2025
Разместил: General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People‘s Republic of China
Последняя версия: GB/T 4340.3-2025
заменять: GB/T 4340.3-2012

сфера применения

Углубленная интерпретация и анализ технической эволюции стандарта GB/T 4340.3-2025

Стандарт GB/T 4340.3-2025 «Испытание твердости металлических материалов по Виккерсу — Часть 3: Калибровка стандартных твердомерных блоков», являющийся основным стандартом системы метрологии твердости по Виккерсу, был официально выпущен и внедрен в марте 2025 года, полностью заменив версию стандарта 2012 года. Этот документ является важной частью серии стандартов GB/T 4340 и вместе с Частью 1 (Методы испытаний), Частью 2 (Контроль и калибровка твердомеров) и Частью 4 (Таблицы значений твердости) составляет полную систему стандартов для измерения твердости по Виккерсу.

История и технологическая эволюция разработки стандартов

Работа по стандартизации блоков стандартов твердости по Виккерсу в моей стране началась в 1987 году и прошла четыре версии: GB/T 7663-1987, GB/T 17199-1997, GB/T 4340.3-1999 и GB/T 4340.3-2012.

Эта версия 2025 года является третьей крупной редакцией, техническое содержание которой полностью соответствует международному стандарту ISO 6507-3:2018, а также включает адаптивные изменения, основанные на текущем состоянии развития метрологических технологий в моей стране.

Основными движущими силами пересмотра стандарта являются три аспекта: необходимость повышения точности измерительной техники, необходимость расширения испытаний новых материалов и необходимость технического согласования в рамках международного метрологического взаимного признания.

С широким применением новых материалов, таких как наноматериалы и тонкопленочные материалы, требования к точности измерения микротвердости по Виккерсу постоянно возрастают, что побуждает стандарт развиваться в сторону меньшего диапазона испытательной силы и более высокой точности измерений.

Сравнительный анализ основных технических изменений (версия 2025 года против версии 2012 года)

Технические характеристики	Требования GB/T 4340.3-2012	Требования GB/T 4340.3-2025	Техническое значение
Нижний предел диапазона испытательной силы	0,09807 Н	0,009807 Н	Расширен до диапазона измерения ультрамикротвердости, отвечающего потребностям тестирования наноматериалов
Верхний предел диагонали Измерение	0,040 мм	0,060 мм	Адаптируется к потребностям измерения материалов с более высокой твердостью, расширяя область применения стандартных блоков
Неопределенность стандартной шкалы	Не указано явно	В зависимости от того, какое значение больше, 0,0002 мм или 0,04%	Уточняет требования к прослеживаемости, повышая общую точность измерительной системы
Требования к площади поверхности испытания	Не указано явно	≤40 см²	Стандартизирует размеры стандартных блоков для обеспечения репрезентативности измерения область
Допустимые значения однородности	Таблица 4 (издание 2012 г.)	Полностью обновлены таблицы 4-8	Уточненные требования к однородности для различных значений отпечатка, более научные и обоснованные

Подробное объяснение требований к технологии изготовления стандартных блоков для измерения твердости

Качество изготовления стандартного блока напрямую влияет на надежность косвенного измерения твердости с помощью твердомера Виккерса.

Новый стандарт добавляет несколько уточненных требований по сравнению с оригинальным:

4.1 Требования к материалам и процессу

Стандартный блок должен быть изготовлен по специальному заказу, и для обеспечения однородности материала, структурной стабильности и долговременной стабильности должна применяться специальная термообработка.

Для стальных стандартных блоков после изготовления должна быть проведена обработка размагничиванием для устранения влияния остаточной намагниченности на результаты измерений.

4.3-4.6 Геометрические и поверхностные характеристики

Толщина стандартного блока должна быть не менее 5 мм, площадь испытательной поверхности не должна превышать 40 см², требование к плоскостности должно быть ≤0,005 мм, а требование к параллельности должно быть ≤0,010 мм/50 мм.

Шероховатость поверхности Ra испытательной поверхности должна быть ≤0,05 мкм, что эквивалентно зеркальной полировке, обеспечивая четкую идентификацию края отпечатка.

4.7 Маркировка для защиты от несанкционированного вскрытия

Чтобы предотвратить повторную шлифовку испытательной поверхности, на стандартном блоке необходимо указать его толщину (с точностью до 0,01 мм) или на испытательной поверхности должна быть нанесена идентификационная метка.

Это важная мера для обеспечения неизменности толщины стандартного блока на протяжении всего срока его службы.

Технические требования к стандартному твердомеру Виккерса

Стандартный твердомер Виккерса, используемый для калибровки стандартного блока, должен соответствовать более строгим техническим требованиям, чем обычные твердомеры:

5.4 Требования к точности испытательной силы

Испытательная сила стандартного станка должна проверяться ежегодно, и испытание проводится трижды в каждой из трех равноудаленных точек на шпинделе.

Требования к точности различаются для разных диапазонов испытательной силы: Испытание твердости по Виккерсу: ±0,2% Испытание твердости по Виккерсу при малой нагрузке: ±0,3% Испытание микротвердости по Виккерсу: ±0,5%

5.5 Геометрическая точность индентора

Алмазный квадратный пирамидальный индентор является основным компонентом измерения твердости по Виккерсу, и Его геометрическая точность напрямую влияет на результаты измерений:

Диапазон испытательной силы (Н)	Максимально допустимая длина относительной линии пересечения (мм)	Сценарии применения
F ≥ 49.03	0.001	Обычная твердость по Виккерсу
1.961 ≤ F < 49.03	0.0005	Твердость по Виккерсу при малой нагрузке
0.009807 ≤ F < 1.961	0.00025	Микротвердость по Виккерсу

Угол вершины конуса индентора составляет 136°±0,1°, осевое отклонение менее 0,3°, а плоскостность алмазного конуса находится в пределах ±0,0003 мм. Сертификат калибровки должен включать данные о геометрическом отклонении индентора.

5.6 Диагональная измерительная система

Точность измерительной системы напрямую определяет точность измерения твердости:

Диапазон длины диагонали (мм)	Разрешение	Максимально допустимая погрешность
d ≤ 0.060	0.00015 мм	±0.0003 мм
0.060 < d ≤ 0.200	0.25% d	±0.5% d
d > 0.200	0.0005 mm	±0.001 mm

В Приложении А подробно описан метод регулировки системы освещения Кёлера. Правильная регулировка источника света, полевой диафрагмы и диафрагмы апертуры позволяет получить наилучшее качество изображения и улучшить разрешение измерений.

Процедура калибровки и оценка равномерности

6. Условия калибровки и контроль параметров

Калибровка должна проводиться в диапазоне температур (23±5)℃, а колебания температуры во время калибровки не должны превышать 1℃. Время приложения испытательной силы составляет 7±1 секунду, а время удержания — 14±1 секунду.

Скорость приближения индентора варьируется в зависимости от диапазона испытательной силы:

Диапазон испытательной силы (Н)	Скорость приближения индентора (мм/с)	Техническое значение
F < 1.961	0.015~0.07	Избегать ударных эффектов при малых испытательных силах
F ≥ 1.961	0.05~0.2	Обеспечить плавность вдавливания процесс

7-8. Расчет количества отпечатков и равномерности

Каждый стандартный блок должен иметь не менее 5 равномерно распределенных отпечатков. Для стандартных блоков микротвердости по Виккерсу рекомендуется иметь 10-25 отпечатков для уменьшения погрешности измерения. Формула расчета равномерности:

r_rel = (H_n - H_1) / H̄ × 100%

Где H_1 и H_n — минимальное и максимальное значения твердости соответственно, а H̄ — среднее значение.

Новый стандарт устанавливает дифференцированные допустимые значения однородности в зависимости от количества оттисков n, отражая научные принципы статистики.

Пример применения: Оценка однородности стандартного блока HV30

Значения твердости 5 оттисков, измеренные на определенном стандартном блоке HV30, составляют: 421,3, 422,2, 423,4, 422,7 и 422,4 HV30.

Вычисленная средняя твердость H̄ = 422,4 HV30, максимальная разница H_n - H_1 = 2,1 HV30, а относительная однородность r_rel = 0,50%. Согласно таблице 4 (n=5, твердость > 250 HV, диапазон HV5~HV100), максимально допустимая однородность составляет 2,0%, и данный стандартный блок соответствует требованиям к однородности. В Приложении B представлена полная модель оценки неопределенности измерений, обеспечивающая научную основу для прослеживаемости значений стандартного блока. Неопределенность измерения u_CRM значения твердости стандартного блока состоит из трех частей: u_CRM = √(u_CM² + u_xCRM² + 2×u_ms²), где u_CM: суммарная неопределенность косвенного контроля стандартной машины; u_xCRM: стандартная неопределенность при калибровке стандартного блока; u_ms: неопределенность, вносимая разрешением измерительной системы (необходимо учитывать оптическое разрешение и разрешение дисплея). Стандарт четко указывает, что при оценке соответствия стандартной машины требованиям, допуски не должны ослабляться на основе неопределенности измерения, что обеспечивает строгость метрологической прослеживаемости.

Маркировка, сертификаты и управление действительностью

9. Требования к маркировке стандартных блоков

Каждый стандартный блок должен быть четко маркирован: средней твердостью, знаком поставщика/производителя, уникальным номером, знаком калибровочного учреждения, толщиной или идентификационным знаком и годом калибровки. Все маркировки должны располагаться на поверхности или боковой стороне образца, при этом боковые маркировки должны быть расположены вертикально, когда поверхность образца обращена вверх.

10. Содержание сертификата калибровки

Сертификат калибровки служит технической идентификацией стандартного блока и должен включать: номер применимого стандарта, номер стандартного блока, дату калибровки, среднюю твердость и однородность, расположение каждого стандартного отпечатка и среднюю длину диагонали и т. д.

11. Правила определения срока действия

Срок действия калибровки стандартных блоков обычно не превышает 5 лет, но для стандартных блоков из алюминиевого и медного сплавов, из-за их низкой стабильности материала, срок действия должен быть сокращен до 2-3 лет.

Стандартные блоки действительны только для той шкалы твердости, для которой они калибруются, и не могут использоваться для других шкал.

Рекомендации по внедрению и меры предосторожности

Ключевые моменты контроля качества

Связи контроля	Ключевые параметры	Требования к контролю
Получение стандартного блока	Действительность сертификата, целостность маркировки	Проверка информации сертификата, проверка маркировки толщины
Процесс калибровки	Температура, испытательная сила, время выдержки	Мониторинг температуры окружающей среды в реальном времени, запись параметров испытаний
Оценка равномерности	Распределение вдавливания, формула расчета	Обеспечение равномерного распределения вдавливания, правильное применение формул
Оценка неопределенности	Идентификация компонентов, расчет композита	Комплексная идентификация источников неопределенности, правильный расчет композита

Перспективы технологического развития

По мере продвижения материаловедения к наноразмерному масштабу, стандарт твердости по Виккерсу может демонстрировать следующие тенденции в будущем:

Меньший диапазон испытательной силы: потенциально расширяющийся до уровня микроньютонов или даже наноньютонов для удовлетворения потребностей в измерении твердости двумерных материалов и сверхтонких пленок.
Автоматизированный Калибровка: Сочетание технологий машинного зрения и искусственного интеллекта для достижения полностью автоматизированной калибровки стандартных блоков, что снижает вероятность человеческой ошибки.
Онлайн-прослеживаемость: Разработка технологии онлайн-передачи стандартов твердости в режиме реального времени для повышения контроля качества в промышленных производственных процессах.
Многопараметрическое слияние: Сочетание измерения твердости с измерениями механических параметров, таких как модуль упругости и вязкость разрушения, для обеспечения более полной оценки свойств материала.

Внедрение GB/T 4340.3-2025 значительно повысит общий уровень метрологии твердости по Виккерсу в моей стране, обеспечивая более надежную техническую поддержку высокотехнологичного производства, исследований и разработок новых материалов и других областей. Все соответствующие подразделения должны как можно скорее организовать распространение стандартов и техническое обновление, чтобы обеспечить плавный переход между старыми и новыми стандартами.

GB/T 4340.3-2025 Ссылочный документ

GB/T 13634 Металлические материалы. Калибровка инструментов для проверки силы, используемых для проверки одноосных испытательных машин.
GB/T 4340.1 Испытание на твердость по Виккерсу для металлических материалов. Часть 1. Метод испытания.
GB/T 4340.2 Испытание твердости по Виккерсу для металлических материалов. Часть 2: Проверка и калибровка твердомеров

GB/T 4340.3-2025 История

2025 GB/T 4340.3-2025 Испытание твердости по Виккерсу для металлических материалов. Часть 3: Калибровка стандартных мер твердости
2012 GB/T 4340.3-2012 Металлические материалы. Испытание на твердость по Виккерсу. Часть 3: Калибровка эталонных мер.
1999 GB/T 4340.3-1999 Испытание на твердость металлов по Виккерсу. Часть 3. Калибровка эталонных образцов твердости.

Испытание твердости по Виккерсу для металлических материалов. Часть 3: Калибровка стандартных мер твердости

GB/T 4340.3-2025Испытание твердости по Виккерсу для металлических материалов. Часть 3: Калибровка стандартных мер твердости (Англоязычная версия)