ICS 19.060;77.040.10 CCSN71
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T 21838.2—2022/IS014577-2:2015
代替GB/T21838.2—2008
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
Metallic materials--Instrumented indentation test for hardness and
materials parameters-Part 2:Verification and calibration of testing machines
(ISO14577-2:2015，IDT)
2023-02-01实施
2022-07-11发布
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发布 GB/T 21838.2—2022/ISO14577-2:2015
目 次
前言引言
I
范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 4 一般要求 5 直接检验和校准 6 间接检验
1
检验周期· 检验报告与校准证书·
7
12
8 附录A（资料性） 压头固定装置示例
12
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附录B（规范性） 压头面积函数的测定方法附录C（资料性） 间接检验结果报告的示例附录D（规范性） 试验机柔度校准程序参考文献
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..
16
18
21 GB/T21838.2—2022/ISO14577-2:2015
前 言
本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件是GB/T21838《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压人试验》的第2部分。 GB/T21838已经发布了以下部分：
第1部分：试验方法；第2部分：试验机的检验和校准；第3部分：标准块的标定；第4部分：金属和非金属覆盖层的试验方法，
本文件代替GB/T21838.2-—2008《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》，与GB/T21838.2一2008相比，主要技术变化如下：
修改了安装条件（见4.2，2008年版的3.2)；修改了试验温度的描述（见5.1.1，2008年版的4.1.1）；修改了试验力允差（见5.2.2，2008年版的4.3.3）；修改了间接检验总则（见6.1，2008年版的5.1)；增加了压头面积函数的测定方法（见附录B)；增加了规范性附录D"试验机柔度校准程序”（见附录D)。
本文件等同采用ISO14577-2：2015《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》。
本文件增加了“术语和定义”一章。 本文件做了下列最小限度的编辑性改动：
为与现有标准协调，将标准名称改为《金属材料硬度和材料参数的仪器化压人试验 第2部分：试验机的检验和校准》。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国机械工业联合会提出。 本文件由全国试验机标准化技术委员会（SAC/TC122)归口。 本文件起草单位：中机试验装备股份有限公司、上海材料研究所、广州大学、莱州华银试验仪器有限
公司、上海尚材试验机有限公司、沈阳天星试验仪器股份有限公司、吉林大学。
本文件起草人：王暖春、王滨、徐忠根、王敬涛、卫志清、张路明、赵宏伟、蔡振杰。 本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：
-2008年首次发布为GB/T21838.2—2008；本次为第一次修订。
IⅡ GB/T21838.2---2022/SO14577-2:2015
引言
硬度的经典定义是一种材料抵抗另一种较硬材料压人产生永久压痕的能力。进行洛氏、维氏和布氏硬度试验时得到的试验结果是在卸除试验力以后测定的。因此，忽略了在压头作用下材料弹性形变的影响。
GB/T21838《金属材料硬度和材料参数的仪器化压人试验》旨在规范仪器化压人试验法测定材料参数的方法、仪器化压人试验用的试验机的检验和校准方法、标准块的标定方法以及金属和非金属覆盖层的仪器化压人试验方法，由四个部分构成。
第1部分：试验方法。目的在于确立金属材料仪器化压入试验法测定硬度和其他材料参数的方法。 第2部分：试验机的检验和校准。目的在于确立进行仪器化压人试验用的试验机的检验和校准方法。 -第3部分：标准块的标定。目的在于确立对仪器化压人试验机间接检验用的标准块的标定方法。 第4部分：金属和非金属覆盖层的试验方法。目的在于确立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。
GB/T21838的制定，使用户能够在材料的塑性和弹性变形过程中通过研究力和形变两者的关系来评定材料的压入特性。通过监控试验力施加和卸除的整个周期，本方法能够测定出与传统硬度值等效的硬度值。具有重要意义的是，还能够测定诸如压人模量和弹-塑性条件下的硬度值等一些额外的材料性能，不需要采用光学法测量压痕，就能计算出这些值。此外，借助各种技术，仪器化压入试验可以记录复杂的压人试验循环中硬度和模量沿深度的分布。
GB/T21838的制定使用户可对测试数据进行各种深人分析。
IV GB/T21838.2—2022/ISO14577-2:2015
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
1.范围
本文件规定了按照GB/T21838.1一2019进行仪器化压人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。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T21838.1—2019金属材料 4硬度和材料参数的仪器化压入试验第1部分：试验方法 (ISO14577-1:2015,IDT)
ISO376金属材料单轴试验机检验用标准测力仪的校准（Metallicmaterial一Calibrationof forceproving instruments used for the verification of uniaxial testing machines)
注：GB/T13634—2019单轴试验机检验用标准测力仪的校准(ISO376：2011，IDT) ISO3878硬质合金维氏硬度试验（Hardmetals—Vickershardnesstest） ISO14577-3金属材料硬度和材料参数的仪器化压人试验第3部分：标准块的标定（Metal-
lic materials-Instrumented indentation test for hardness and materials parametersPart 3: Calibration of reference blocks)
注：GB/T21838.3—2022金属材料硬度和材料参数的仪器化压人试验第3部分：标准块的标定（ISO14577-
3.2015,IDT)
3术语和定义
本文件没有需要界定的术语和定义。
4一般要求 4.1准备
试验机的设计应确保便于对试验机进行检验。 在检验和校准之前应先检查试验机以确保满足4.2～4.4的要求。
4.2安装条件
试验机的安装应便于操作，安装环境应满足本文件和GB/T21838.1--2019的要求，如可能，还应
1 GB/T21838.2~2022/IS014577-2:2015
满足ISO14577-3的要求。试验机应有防振保护。对于显微和纳米范围的试验，试验机还应有防护措施以免受空气流动和温度波动的影响。
环境对数据的影响，即背景噪声，应通过在有证标准物质（CRM)上施加较小的试验力（例如相当于通常的初始接触力)并分析随时间的位移变化来估计。但平均位移中的任何背景漂移被减去后，力的变量就是压人刚度（从试验力卸除曲线上获得）乘以位移的标准偏差。然后将这些不确定度包含在按 GB/T21838.1一2019第8章和附录H计算的总合成不确定度计算中。
4.3压头
为了保证试验力-压人深度数据测量的重复性，压头柄应牢固地安装在试验机主轴上。 压头柄的设计宜使其对试验机的整体柔度的影响减到最小（见附录A）。
4.4试验力的施加
试验力的施加和卸除不应产生对试验结果有很大影响的冲击或振动。应能对试验力的施加、保持和卿除的过程进行检验。
5直接检验和校准
5.1总则 5.1.1直接检验和校准应在恒定的温度下进行（通常温度为10℃～35℃），更宜在23℃士5℃温度下进行。如果要求控制温度范围，则直接检验宜在所规定的整个温度范围内合适的温度点上进行，以便确定作为温度函数校准的有效性。必要时，可能要测定校准修正函数或在规定的操作温度下确定有效的组校准数据。 5.1.2用于直接检验和校准的仪器应尽可能溯源到国家基准。 5.1.3直接检验和校准包括：
a）试验力的校准； b) 位移测量装置的校准； c) 试验机柔度的检验和校准： d) 压头的检验； e) 压头面积函数的校准和检验（当压人深度h小于6um时）： f) 试验循环的检验。
5.2试验力的校准 5.2.1 对使用的每一个力的范围，应以进程和回程两个方向进行校准。在试验力范围内应至少校准平均分布的16个点，即施加试验力过程中的16个点和卸除试验力过程中的16个点。此过程应重复至少 3次，并应使用平均校准值。校准值的最大差异不应超过表1给出的允差的一半。 5.2.2试验力应采用可溯源的方法测量，例如；
a)1 使用ISO376规定的1级或更优的标准测力仪测量； b）用校准过质量的码通过机械增益加一个示值误差在士0.2%以内的力，使该力与被测试验力
相平衡； c）对于纳米范围，使用准确度与最小试验力的0.1%或10μg(0.1μN)相当的电子天平。 对于用于校准的每个测量点，测量值和标称试验力之间的差值应在表1给出的允差范围内。
2 GB/T21838.2—2022/ISO14577-2:2015
表1试验力的允差
试验力的范围F/N
允差/% ±1.0 ±1.0 ±2.5a
F≥2 0.001≤F<2 F<0.001
对于纳米范围，强烈推荐士1%的允差。
5.3位移测量装置的校准 5.3.1所要求的位移测量装置的分辨力取决于要测量的最小压入深度的尺寸。对于显微范围该值为 0.2um，对于宏观范围应不小于2μm。
位移测量装置标尺的分度应使其对压人深度的估测能力符合表2的规定。 5.3.2对于每个使用范围，应采用合适的方法和相应的系统在试验机上对位移测量装置进行校准。应在位移测量装置每个方向的整个行程均匀分布至少16个点上进行校准。此过程应重复测量3遍。
推荐使用以下方法测量压头的相对位移：激光干涉法，电感法，电容法和压电传感器法。 对于用于校准的每个测量点，测量值和标称试验力之间的差值应在表2给出的允差范围内。
表2位移测量装置的分辨力和最大允差
应用范围宏观显微纳米
位移测量装置的分辨力/nm
允差 0.01h 0.01h 2 nm*
≤100 ≤10 《1
对于纳米范围，强烈推荐<0.01h的允差。
5.3.3温度变化通常是位移漂移的主要来源。为了使温度引起的位移漂移减到最小，在一个完整的校准循环内，应保持仪器温度的稳定，使得位移漂移率保持恒定。漂移率应在每个校准循环中、之前或之后立即测量。例如，通过施加一个恒定的试验力并保持一段合适的时间，检测其间的位移变化。应对位移校准数据进行热漂移校正，漂移率与一个校准周期持续时间的乘积应小于表2给出的允差。漂移率不确定度应包括在位移校准不确定度计算中。 5.4 试验机柔度的检验与校准 5.4.1 总则
见附录D和GB/T21838.1—2019的附录C。 应按照5.2和5.3对试验力和位移测量装置校准后再进行试验机柔度的检验和校准。
5.4.2程序
通过测量至少5种不同试验力下的压人模量来校准和检验试验机的柔度，宜采用附录D中所述的方法3。在任何情况下，仪器化的压入试验系统中宜配备适用的标准物质（CRM)，标准物质的装样方式与拟测试样品的装样方式相同，这样确保标准物质能够保持试验机总柔度的每个特定部分可靠的再现性。
3