GB/T 21838.4-2008金屬材料硬度和材料參數(shù)的儀器化壓痕試驗第4部分：金屬和非金屬覆蓋層的試驗方法

犐犆犛７７．０４０．１０

犎２２

中華人民共和國國家標準

犌犅／犜２１８３８．４—２００８

金屬材料硬度和材料參數(shù)的儀器化

壓痕試驗第４部分：金屬和

非金屬覆蓋層的試驗方法

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（ＩＳＯ１４５７７４：２００７，ＭＯＤ）

２００８０５１３發(fā)布２００８１１０１實施

中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局

發(fā)布

中國國家標準化管理委員會

書

犌犅／犜２１８３８．４—２００８

目次

前言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅲ

引言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅳ

１范圍!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

２規(guī)范性引用文件!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

３符號和說明!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

４試驗機的檢驗和校準!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

５試樣!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３

５．１總則!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３

５．２表面粗糙度!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

５．３拋光!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

５．４試驗面清洗!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

５．５色漆和清漆的特別要求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５

６試驗方法!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５

６．１試驗條件!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５

６．２試驗程序!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

７覆蓋層表面壓痕試驗的數(shù)據(jù)分析和結(jié)果評估!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９

７．１總則!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９

７．２覆蓋層壓痕模量!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１０

７．３覆蓋層壓痕硬度!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１１

８試驗報告!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１２

附錄Ａ（規(guī)范性附錄）機架柔度校準程序!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１４

附錄Ｂ（規(guī)范性附錄）接觸點和完全彈性范圍!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１７

參考文獻!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１９

Ⅰ

書

犌犅／犜２１８３８．４—２００８

前言

ＧＢ／Ｔ２１８３８《金屬材料硬度和材料參數(shù)的儀器化壓痕試驗》分為如下四個部分：

———第１部分：試驗方法；

———第２部分：試驗機的檢定和校準；

———第３部分：標準塊的校準；

———第４部分：金屬和非金屬覆蓋層的試驗方法。

本部分為ＧＢ／Ｔ２１８３８的第４部分。

本部分修改采用國際標準ＩＳＯ１４５７７４：２００７《金屬材料硬度和材料參數(shù)的儀器化壓痕試驗第

４部分：金屬和非金屬覆蓋層的試驗方法》（英文第１版）。

本部分在文本結(jié)構(gòu)和技術(shù)內(nèi)容方面與ＩＳＯ１４５７７４：２００７一致，為了便于使用，做了下列修改：

———用“ＧＢ／Ｔ２１８３８的本部分”代替了“ＩＳＯ１４５７７的本部分”；

———用小數(shù)點“．”代替英文采用的小數(shù)點逗號“，”；

———刪除了國際標準的前言；

———在第２章“規(guī)范性引用文件”中直接引用了與ＩＳＯ１４５７７４：２００７中引用的國際標準相對應(yīng)的

我國國家標準。

本標準的附錄Ａ和附錄Ｂ是規(guī)范性附錄。

本標準由中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會提出。

本標準由全國鋼標準化技術(shù)委員會歸口。

本標準起草單位：上海市納米技術(shù)孵化基地、上海材料研究所、鋼鐵研究總院。

本標準起草人：沙菲、王濱、巴發(fā)海、高怡斐。

Ⅲ

犌犅／犜２１８３８．４—２００８

引言

覆蓋層的彈性和塑性性能是確定覆蓋層產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標，實際上許多產(chǎn)品表面增加覆蓋層是

為了提高其耐磨性，而高的硬度通常是提高耐磨性的前提。覆蓋層硬度的測量常被作為一種質(zhì)量控制

手段。楊氏模量對覆蓋層組分設(shè)計中的應(yīng)力計算很重要。如，覆蓋層抵抗外力的能力是覆蓋層部件的

一個重要特性。

采用儀器化壓痕試驗可以相對簡單地測定塊體材料的硬度和壓痕模量。然而，當在覆蓋層表面進

行壓痕試驗時，基體材料的性能對試驗結(jié)果有影響，影響的程度取決于試驗力、覆蓋層性質(zhì)和厚度等。

ＧＢ／Ｔ２１８３８本部分的目的是提供可忽略基體影響和可測量這些基體影響的試驗條件的指南，以

及可能從復(fù)合測量中得出覆蓋層性能的分析方法。有時，覆蓋層性能也可通過在其橫截面上測量直接

得到。

Ⅳ

犌犅／犜２１８３８．４—２００８

金屬材料硬度和材料參數(shù)的儀器化

壓痕試驗第４部分：金屬和

非金屬覆蓋層的試驗方法

１范圍

ＧＢ／Ｔ２１８３８本部分規(guī)定了金屬和非金屬覆蓋層硬度和材料參數(shù)的儀器化壓痕試驗方法，它特別

適用于納米／顯微范圍內(nèi)薄的覆蓋層試驗。

當在試樣表面進行壓痕試驗時，本方法僅限于單層覆蓋層，但如果相對于壓痕尺寸來說，每一層的

厚度足夠大或梯度足夠小，則也可在其橫截面上測量梯度和多層覆蓋層材料的性能。

本標準不限定材料的類型，它適用于金屬、非金屬和有機覆蓋層。

僅在使用頂端曲率半徑足夠小、足以使覆蓋層產(chǎn)生塑性變形的棱錐或圓錐形壓頭時，可應(yīng)用本部分

進行硬度測量。對粘彈性或易發(fā)生蠕變的材料，試驗時間對其硬度測量影響很大。

注１：ＧＢ／Ｔ２１８３８．１、ＧＢ／Ｔ２１８３８．２和ＧＢ／Ｔ２１８３８．３規(guī)定了在所有力和位移范圍內(nèi)塊體材料的儀器化壓痕試驗

方法。

注２：如果壓痕深度很小以致于在任何可能情況下能忽略基體材料影響而將覆蓋層當作塊體材料時，不需要采用

本標準，此時要給出試驗的限制條件。

注３：這里采用的分析中未考慮壓痕的凸起或凹陷。使用原子力顯微鏡評價壓痕的形狀以確定壓痕周圍表面的凸

起或凹陷，這些表面效應(yīng)導(dǎo)致分析中接觸面積的低估（凸起）或高估（凹陷），進而可能影響測量結(jié)果。凸起通

常發(fā)生在完全加工硬化的材料上。由于覆蓋層塑性變形區(qū)域中應(yīng)力的約束，軟的延性好的薄覆蓋層材料更

易形成凸起。據(jù)報道測量硬度時凸起材料會導(dǎo)致實際接觸面積的增加，而這種影響對壓痕模量的測量不明

顯，因為產(chǎn)生凸起材料的剛性偏低［１，２］。

２規(guī)范性引用文件

下列文件中的條款通過ＧＢ／Ｔ２１８３８的本部分的引用而成為本部分的條款。凡是注日期的引用文

件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本部分，然而，鼓勵根據(jù)本部分達成

協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本

部分。