JJG304-2003《A型邵氏硬度計(jì)》檢定規(guī)程中沒(méi)有包括D型邵氏硬度計(jì)，是鑒于當(dāng)時(shí)對(duì)D型邵氏硬度計(jì)的檢定在壓針硬度等方面存在技術(shù)問(wèn)題沒(méi)能得到有效解決。隨著進(jìn)一步研究，JJG1039-2008《D型邵氏硬度計(jì)》檢定規(guī)程終于頒布實(shí)施。筆者在此介紹D型邵氏硬度計(jì)檢定的一些問(wèn)題。
　　
　　一、邵氏硬度計(jì)分類
　　
　　邵氏硬度計(jì)也稱邵氏硬度計(jì)，英文名稱分別為Durometer和Shorehardnesstester。邵氏硬度試驗(yàn)方法歷史悠久、應(yīng)用廣泛。邵氏硬度計(jì)攜帶方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，特別適合于現(xiàn)場(chǎng)的硬度測(cè)定，長(zhǎng)期以來(lái)，一直用于橡膠、塑料成品和半成品硬度性能測(cè)定以及產(chǎn)品質(zhì)量控制。
　　
　　邵氏硬度屬于壓入硬度，即測(cè)量規(guī)定形狀的壓針在一定條件下壓入橡膠的深度，并換算為一定的硬度單位表示出來(lái)。壓入硬度數(shù)值與材料的彈性模量以及塑性變形、黏彈性有關(guān)。由于測(cè)量結(jié)果受壓針的形狀和所施加的試驗(yàn)力的影響，所以不同類型硬度計(jì)所測(cè)得的結(jié)果沒(méi)有簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
　　
　　邵氏硬度試驗(yàn)的試驗(yàn)彈簧力是隨硬度值不同而變化的，當(dāng)壓針壓入試樣時(shí)，彈簧收到壓縮，產(chǎn)生彈簧力，和試樣表面的反作用于壓針的力相平衡。試樣硬度越高，反作用于壓針的力越大，壓針壓入試樣表面的深度就越淺；相反，試樣硬度越低，反作用于壓針的力越小，壓針壓入試樣表面的深度就越深。壓針壓入試樣表面的深度與硬度值的關(guān)系可用下式表示：
　　
　　T=2.5-0.025h（1）
　　
　　式中：T——壓針壓入試樣表面的深度，mm；2.5——壓針長(zhǎng)度，mm；h——硬度計(jì)的示值；0.025——示值為一個(gè)硬度單位時(shí)，壓針壓入試樣表面的深度，mm。
　　
　　從式（1）可看出，壓針壓入試樣表面的深度越大，其硬度值h就越小，反之，h就越大。
　　
　　根據(jù)邵氏硬度計(jì)的原理，改變硬度計(jì)的壓針形狀和試驗(yàn)力大小可得出品種繁多的系列硬度計(jì)，用于測(cè)量不同硬度范圍的材料，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗(yàn)方法第1部分：邵氏硬度計(jì)（邵氏硬度）》等同標(biāo)準(zhǔn)ISO7619-1:2004，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了A、D、AO、AM四種標(biāo)尺，其中A標(biāo)尺適合于中硬度范圍，D標(biāo)尺適合于薄小樣品。具體使用時(shí)，D標(biāo)尺低于20，則選用A標(biāo)尺；A標(biāo)尺低于20，則選用AO標(biāo)尺；A標(biāo)尺高于90，則選用D標(biāo)尺；厚度小于6mm薄樣品，則選用AM標(biāo)尺。
　　
　　綜上所訴，D型橡膠硬度計(jì)是適合于高硬度橡塑材料測(cè)量的便攜式硬度計(jì)。
　　
　　二、邵氏硬度計(jì)檢定方法
　　
　　測(cè)量?jī)x器示值誤差的評(píng)定方法分為比較法、組合法和分部法。絕大部分儀器示值誤差的檢定采用比較法，即和高準(zhǔn)確度等級(jí)的測(cè)量?jī)x器所提供的約定真值進(jìn)行比較。
　　
　　邵氏硬度計(jì)是位數(shù)不多采用分部法進(jìn)行檢定的計(jì)量基準(zhǔn)以為的測(cè)量?jī)x器，是因?yàn)槟壳吧胁淮嬖谏凼舷鹉z硬度基準(zhǔn)機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)硬度塊。分步法是根據(jù)被評(píng)定測(cè)量?jī)x器的測(cè)量原理、結(jié)構(gòu)，通過(guò)分析和試驗(yàn)得出影響測(cè)量?jī)x器示值誤差的參量，對(duì)各個(gè)參量進(jìn)行評(píng)定并加以綜合，得出被評(píng)定測(cè)量?jī)x器示值誤差的控制范圍。通常在不具備上級(jí)計(jì)量基準(zhǔn)的情況下采用分部測(cè)量法。如靜重式基準(zhǔn)測(cè)力機(jī)，是通過(guò)對(duì)加荷的各個(gè)砝碼和吊掛部分的質(zhì)量的測(cè)量，分析當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣群涂諝飧×Φ纫蛩兀贸龌鶞?zhǔn)測(cè)力機(jī)示值誤差的范圍。
　　
　　硬度不是物理量，這決定了硬度試驗(yàn)的特殊性和復(fù)雜性。邵氏硬度不能和靜重式基準(zhǔn)測(cè)力機(jī)一樣，建立儀器示值和各個(gè)影響參數(shù)之間嚴(yán)格的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系，各個(gè)參數(shù)對(duì)硬度計(jì)示值的影響只能由試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)得出。由于邵氏D型硬度試驗(yàn)通常對(duì)樣品具有破壞性，相對(duì)A型邵氏硬度計(jì)，分析參數(shù)對(duì)硬度計(jì)示值的影響難度較大。
　　
　　頒布和實(shí)施的涉及邵氏硬度計(jì)的國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程是JJG304-1982《橡膠硬度計(jì)》，但其實(shí)際上只包含了邵氏A型硬度計(jì)的檢定，因?yàn)楫?dāng)時(shí)還沒(méi)有推廣橡膠硬度計(jì)，就把邵氏A型硬度計(jì)稱為橡膠硬度計(jì)。后來(lái)其修訂為JJG304-1989《邵氏硬度計(jì)》檢定規(guī)程，包含了邵氏A型、D型兩種硬度計(jì)。
　　
　　標(biāo)準(zhǔn)方面，除了前面已經(jīng)介紹的等同標(biāo)準(zhǔn)ISO7619-1:2004的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T531.1-2008外，沒(méi)有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)ISO21509:2006《塑料盒硬質(zhì)橡膠-邵氏硬度計(jì)的識(shí)別》詳細(xì)規(guī)定了A型和D型邵氏硬度計(jì)的檢定和校準(zhǔn)，ISO18898:2006《橡膠-硬度計(jì)的校準(zhǔn)和檢定》則全面介紹了A型、D型、AO型和AM型，以及便攜式橡膠硬度計(jì)、定負(fù)荷橡膠硬度計(jì)等各種橡膠硬度計(jì)及其檢定/校準(zhǔn)方法，兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)各有側(cè)重。
　　
　　必須說(shuō)明的是，GB/T531.1（等同ISO7619part1）對(duì)邵氏硬度計(jì)計(jì)量特性的描述與ISO21509基本相同，而ISO18898硬度計(jì)試驗(yàn)力偏差的要求比GB/T531.1、ISO21509等要嚴(yán)格，允差是GB/T531.1的計(jì)量特性要求，是因?yàn)榭紤]到目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)品還達(dá)不到ISO1889的要求。
　　
　　三、D型邵氏硬度計(jì)檢定規(guī)程修訂要點(diǎn)
　　
　　1．壓針?lè)矫?br />　　
　　壓針的硬度直接影響到硬度計(jì)的使用壽命，JJG304-1989對(duì)邵氏A型、D型兩種硬度計(jì)壓針的硬度要求是相同的，都是不低于700HV，這顯然是不合理的，因?yàn)锳型硬度計(jì)的壓針端面直徑為0.79mm，zui大試驗(yàn)力為8.1N，700HV對(duì)于邵氏A型硬度計(jì)是足夠的；對(duì)于邵氏D型硬度計(jì)，由于壓針頂端球面半徑很小（見(jiàn)圖1），僅為（0.1±0.012）mm，而zui大試驗(yàn)力達(dá)44.5N，通過(guò)對(duì)已經(jīng)磨損的壓針進(jìn)行硬度測(cè)量的結(jié)果表明，700HV的規(guī)定是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，壓針頂端球面非常容易磨損而超差，這就造成了一個(gè)令人痛苦不堪的現(xiàn)象，即使存在一個(gè)按照J(rèn)JG304-1989判定為合格的邵氏D型硬度計(jì)，且壓針硬度也滿足該規(guī)程700HV的要求，如果按照J(rèn)JG304-1989檢定一遍后，壓針頂端球面也將變形報(bào)廢。　　　　
　　另外，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定只有在使用邵氏A型硬度計(jì)得到指示超出90度時(shí)，才使用邵氏D型硬度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，這時(shí)被測(cè)樣品的硬度已經(jīng)高過(guò)硬度橡膠或者塑料，使邵氏D型硬度計(jì)壓針頂端容易磨損壓頭彎曲或變形而不合格，磨損不僅使壓針頂端的球面變成平面，壓針的伸出也變短，對(duì)硬度計(jì)的示值有很大的影響，從而使D型邵氏硬度計(jì)的使用壽命縮短。
　　
　　所以，如果壓針硬度不足，無(wú)論是使用硬度計(jì)還是檢定硬度計(jì)，都存在一定程度的破壞，造成D型邵氏硬度計(jì)按JJG304-1989檢定合格率非常低，且壓針頂端球面磨損是不能修復(fù)的，硬度計(jì)只能報(bào)廢。在一段時(shí)間里，為了避免因檢定D型硬度計(jì)而帶來(lái)的麻煩，許多計(jì)量部門和校準(zhǔn)單位都停止了D型硬度計(jì)的檢定、校準(zhǔn)工作，給使用部門造成了許多不便，而有的計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)認(rèn)為壓針幾何尺寸的檢定結(jié)果反正都不合格，就只檢定試驗(yàn)力而不檢定壓針幾何尺寸，但這明顯不行，因?yàn)閴横樀哪p對(duì)硬度計(jì)的準(zhǔn)確度影響非常大。在JJG304-2003修訂的過(guò)程中，由于這些問(wèn)題還沒(méi)有*研究清楚，所以該版本只包含了A型邵氏硬度計(jì)而沒(méi)有包含D型邵氏硬度計(jì)。
　　
　　鑒于D型邵氏硬度計(jì)壓針硬度問(wèn)題，我們開(kāi)展了深入的研究。表1結(jié)果表明，如果壓針硬度達(dá)到1500HV，將可有效提高硬度計(jì)的使用壽命。
　　　　
　　所以JJG1039-2008對(duì)壓針耐用性作出規(guī)定，要求壓針應(yīng)有足夠的硬度，硬度計(jì)的壓針垂直于平面鋼塊相接觸，在連續(xù)加壓至硬度計(jì)的壓足平面與鋼塊平面緊密貼合后，壓針不得產(chǎn)生明顯的塑性形變。并建議壓針的硬度不低于1500HV。D型硬度計(jì)壓針硬度的大幅度提高也在一定程度上提高了對(duì)硬度計(jì)的質(zhì)量要求。D型硬度計(jì)壓針的硬度提高到不低于1500HV，對(duì)硬度計(jì)制造廠家而言，只要選擇合適的材料和工藝，是*可以達(dá)到的。
　　
　　另外，為了避免檢定過(guò)程可能對(duì)壓針的損傷，JJG1039-2008規(guī)定試驗(yàn)力檢定過(guò)程時(shí)，測(cè)力儀器上應(yīng)附加約10mm*8mm的黃銅墊塊，或具有一定凹形幾何形狀的墊塊，以使壓針頂端受到一定程度的保護(hù)。
　　
　　2．試驗(yàn)力和其他方面
　　
　　試驗(yàn)力檢定用測(cè)力儀器，可采用力傳感器或電子稱，也可采用傳統(tǒng)的機(jī)械式檢定儀器。在這里，包括JJG1039-2008的D型邵氏硬度計(jì)和JJG304-2003的A型邵氏硬度計(jì)，我們推薦采用力傳感器或電子稱代替使用機(jī)械式測(cè)力儀器。用傳感器校準(zhǔn)試驗(yàn)力時(shí)，可用硬度計(jì)出廠所配硬度試驗(yàn)支架或其他夾具的支架進(jìn)行，這使硬度計(jì)在校準(zhǔn)時(shí)的狀態(tài)與一般使用時(shí)的狀態(tài)基本上保持一致，且非常簡(jiǎn)便、快捷。在JJG304-1989中，硬度計(jì)檢定時(shí)的試驗(yàn)力狀態(tài)與一般使用時(shí)的狀態(tài)不一致，因?yàn)橐?guī)程中要求邵氏硬度計(jì)試驗(yàn)力檢定時(shí)，為了消除主軸系統(tǒng)的摩擦力，要“微震硬度計(jì)，然后在硬度計(jì)上讀取讀數(shù)”。這是難以準(zhǔn)確實(shí)施的。而JJG1039-2008規(guī)定邵氏硬度計(jì)進(jìn)行硬度測(cè)量時(shí)，要求“檢定時(shí)緩慢地上升測(cè)力儀器或下降硬度計(jì)，使硬度計(jì)壓針的試驗(yàn)力施加到測(cè)力儀器上，當(dāng)硬度計(jì)指針指示在某點(diǎn)位置時(shí)讀取測(cè)力儀器上的數(shù)值，該數(shù)值即為該測(cè)量點(diǎn)的試驗(yàn)力”，在這過(guò)程中不能有任何震動(dòng)。硬度計(jì)在使用時(shí)存在著向上的摩擦力，使硬度計(jì)試驗(yàn)力增大，硬度計(jì)示值偏低。
　　
　　試驗(yàn)表明，邵氏硬度計(jì)，尤其是國(guó)產(chǎn)的硬度計(jì)，存在相當(dāng)大的摩擦力。微震硬度計(jì)將消除主軸的摩擦力，同時(shí)也在一定程度上消除了加力彈簧彈性滯后的效應(yīng)。加力彈簧彈性滯后的效應(yīng)表明是在沒(méi)有摩擦力的情況下，由于彈性滯后的存在試驗(yàn)力的進(jìn)程與回程是前者大于后者。微震硬度計(jì)使測(cè)量結(jié)果對(duì)應(yīng)兩者的中間值，彈性滯后的效應(yīng)在低硬度（試驗(yàn)力小）不明顯，高硬度時(shí)（試驗(yàn)力大）將非常突出，而且不同廠家的產(chǎn)品差別極大。摩擦力和彈性滯后效應(yīng)混合在一起，對(duì)試驗(yàn)力的方向影響更大，可達(dá)到對(duì)應(yīng)（4~5）HD硬度示值的變化。JJG304-1989的檢定方法基本上不考慮這兩個(gè)因素的影響，但不同的硬度計(jì)摩擦力和彈簧彈性滯后不一樣，所以，即使是按JJG304-1989檢定合格的邵氏硬度計(jì)，之間的實(shí)際試驗(yàn)力可能差別也很大。本次修訂比較有效地解決了試驗(yàn)力檢定與使用狀態(tài)不一致的突出問(wèn)題。
　　
　　數(shù)字式邵氏硬度計(jì)的出現(xiàn)，出現(xiàn)了試驗(yàn)力和壓針壓入深度偏離線性關(guān)系的情況，JJG1039-2008增加了對(duì)應(yīng)壓針伸出量為2.00mm、1.25mm測(cè)量指示裝置的指示值的檢定，采用尺寸為（2.00±0.004）mm、（1.25±0.004）mm的中央有一直徑為3mm的通孔量塊。另壓針zui大伸出長(zhǎng)度采用（2.54°-0.004­）mm、（2.46­­­0+0.004）mm和中央通孔的量塊進(jìn)行檢定。
　　
　　JJG1039-2008頒布實(shí)施后，由于壓針硬度的大幅度提高，有效解決了D型邵氏硬度計(jì)的使用壽命問(wèn)題，可望擺脫D型邵氏硬度計(jì)合格率極低的尷尬局面，檢定周期也從半年延長(zhǎng)到一年，與標(biāo)準(zhǔn)ISO21509相同。