JJG304-2003《A型邵氏硬度計》檢定規(guī)程中沒有包括D型邵氏硬度計，是鑒于當(dāng)時對D型邵氏硬度計的檢定在壓針硬度等方面存在技術(shù)問題沒能得到有效解決。隨著進(jìn)一步研究，JJG1039-2008《D型邵氏硬度計》檢定規(guī)程終于頒布實施。筆者在此介紹D型邵氏硬度計檢定的一些問題。
　　
　　一、邵氏硬度計分類
　　
　　邵氏硬度計也稱邵氏硬度計，英文名稱分別為Durometer和Shorehardnesstester。邵氏硬度試驗方法歷史悠久、應(yīng)用廣泛。邵氏硬度計攜帶方便、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，特別適合于現(xiàn)場的硬度測定，長期以來，一直用于橡膠、塑料成品和半成品硬度性能測定以及產(chǎn)品質(zhì)量控制。
　　
　　邵氏硬度屬于壓入硬度，即測量規(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。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)。由于測量結(jié)果受壓針的形狀和所施加的試驗力的影響，所以不同類型硬度計所測得的結(jié)果沒有簡單的對應(yīng)關(guān)系。
　　
　　邵氏硬度試驗的試驗彈簧力是隨硬度值不同而變化的，當(dāng)壓針壓入試樣時，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——壓針長度，mm；h——硬度計的示值；0.025——示值為一個硬度單位時，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)邵氏硬度計的原理，改變硬度計的壓針形狀和試驗力大小可得出品種繁多的系列硬度計，用于測量不同硬度范圍的材料，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法第1部分：邵氏硬度計（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，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型橡膠硬度計是適合于高硬度橡塑材料測量的便攜式硬度計。
　　
　　二、邵氏硬度計檢定方法
　　
　　測量儀器示值誤差的評定方法分為比較法、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)確度等級的測量儀器所提供的約定真值進(jìn)行比較。
　　
　　邵氏硬度計是位數(shù)不多采用分部法進(jìn)行檢定的計量基準(zhǔn)以為的測量儀器，是因為目前尚不存在邵氏橡膠硬度基準(zhǔn)機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)硬度塊。分步法是根據(jù)被評定測量儀器的測量原理、結(jié)構(gòu)，通過分析和試驗得出影響測量儀器示值誤差的參量，對各個參量進(jìn)行評定并加以綜合，得出被評定測量儀器示值誤差的控制范圍。通常在不具備上級計量基準(zhǔn)的情況下采用分部測量法。如靜重式基準(zhǔn)測力機(jī)，是通過對加荷的各個砝碼和吊掛部分的質(zhì)量的測量，分析當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣群涂諝飧×Φ纫蛩兀贸龌鶞?zhǔn)測力機(jī)示值誤差的范圍。
　　
　　硬度不是物理量，這決定了硬度試驗的特殊性和復(fù)雜性。邵氏硬度不能和靜重式基準(zhǔn)測力機(jī)一樣，建立儀器示值和各個影響參數(shù)之間嚴(yán)格的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系，各個參數(shù)對硬度計示值的影響只能由試驗和經(jīng)驗得出。由于邵氏D型硬度試驗通常對樣品具有破壞性，相對A型邵氏硬度計，分析參數(shù)對硬度計示值的影響難度較大。
　　
　　頒布和實施的涉及邵氏硬度計的國家計量檢定規(guī)程是JJG304-1982《橡膠硬度計》，但其實際上只包含了邵氏A型硬度計的檢定，因為當(dāng)時還沒有推廣橡膠硬度計，就把邵氏A型硬度計稱為橡膠硬度計。后來其修訂為JJG304-1989《邵氏硬度計》檢定規(guī)程，包含了邵氏A型、D型兩種硬度計。
　　
　　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的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T531.1-2008外，沒有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)ISO21509:2006《塑料盒硬質(zhì)橡膠-邵氏硬度計的識別》詳細(xì)規(guī)定了A型和D型邵氏硬度計的檢定和校準(zhǔn)，ISO18898:2006《橡膠-硬度計的校準(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、定負(fù)荷橡膠硬度計等各種橡膠硬度計及其檢定/校準(zhǔn)方法，兩項標(biāo)準(zhǔn)各有側(cè)重。
　　
　　必須說明的是，GB/T531.1（等同ISO7619part1）對邵氏硬度計計量特性的描述與ISO21509基本相同，而ISO18898硬度計試驗力偏差的要求比GB/T531.1、ISO21509等要嚴(yán)格，允差是GB/T531.1的計量特性要求，是因為考慮到目前國內(nèi)產(chǎn)品還達(dá)不到ISO1889的要求。
　　
　　三、D型邵氏硬度計檢定規(guī)程修訂要點
　　
　　1．壓針方面
　　
　　壓針的硬度直接影響到硬度計的使用壽命，JJG304-1989對邵氏A型、D型兩種硬度計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，因為A型硬度計的壓針端面直徑為0.79mm，zui大試驗力為8.1N，700HV對于邵氏A型硬度計是足夠的；對于邵氏D型硬度計，由于壓針頂端球面半徑很?。ㄒ妶D1），僅為（0.1±0.012）mm，而zui大試驗力達(dá)44.5N，通過對已經(jīng)磨損的壓針進(jìn)行硬度測量的結(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，這就造成了一個令人痛苦不堪的現(xiàn)象，即使存在一個按照J(rèn)JG304-1989判定為合格的邵氏D型硬度計，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廢。　　　　
　　另外，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定只有在使用邵氏A型硬度計得到指示超出90度時，才使用邵氏D型硬度計進(jìn)行測量，這時被測樣品的硬度已經(jīng)高過硬度橡膠或者塑料，使邵氏D型硬度計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，對硬度計的示值有很大的影響，從而使D型邵氏硬度計的使用壽命縮短。
　　
　　所以，如果壓針硬度不足，無論是使用硬度計還是檢定硬度計，都存在一定程度的破壞，造成D型邵氏硬度計按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，硬度計只能報廢。在一段時間里，為了避免因檢定D型硬度計而帶來的麻煩，許多計量部門和校準(zhǔn)單位都停止了D型硬度計的檢定、校準(zhǔn)工作，給使用部門造成了許多不便，而有的計量技術(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，就只檢定試驗力而不檢定壓針幾何尺寸，但這明顯不行，因為壓針的磨損對硬度計的準(zhǔn)確度影響非常大。在JJG304-2003修訂的過程中，由于這些問題還沒有*研究清楚，所以該版本只包含了A型邵氏硬度計而沒有包含D型邵氏硬度計。
　　
　　鑒于D型邵氏硬度計壓針硬度問題，我們開展了深入的研究。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的使用壽命。
　　　　
　　所以JJG1039-2008對壓針耐用性作出規(guī)定，要求壓針應(yīng)有足夠的硬度，硬度計的壓針垂直于平面鋼塊相接觸，在連續(xù)加壓至硬度計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型硬度計壓針硬度的大幅度提高也在一定程度上提高了對硬度計的質(zhì)量要求。D型硬度計壓針的硬度提高到不低于1500HV，對硬度計制造廠家而言，只要選擇合適的材料和工藝，是*可以達(dá)到的。
　　
　　另外，為了避免檢定過程可能對壓針的損傷，JJG1039-2008規(guī)定試驗力檢定過程時，測力儀器上應(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．試驗力和其他方面
　　
　　試驗力檢定用測力儀器，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型邵氏硬度計和JJG304-2003的A型邵氏硬度計，我們推薦采用力傳感器或電子稱代替使用機(jī)械式測力儀器。用傳感器校準(zhǔn)試驗力時，可用硬度計出廠所配硬度試驗支架或其他夾具的支架進(jìn)行，這使硬度計在校準(zhǔn)時的狀態(tài)與一般使用時的狀態(tài)基本上保持一致，且非常簡便、快捷。在JJG304-1989中，硬度計檢定時的試驗力狀態(tài)與一般使用時的狀態(tài)不一致，因為規(guī)程中要求邵氏硬度計試驗力檢定時，為了消除主軸系統(tǒng)的摩擦力，要“微震硬度計，然后在硬度計上讀取讀數(shù)”。這是難以準(zhǔn)確實施的。而JJG1039-2008規(guī)定邵氏硬度計進(jìn)行硬度測量時，要求“檢定時緩慢地上升測力儀器或下降硬度計，使硬度計壓針的試驗力施加到測力儀器上，當(dāng)硬度計指針指示在某點位置時讀取測力儀器上的數(shù)值，該數(shù)值即為該測量點的試驗力”，在這過程中不能有任何震動。硬度計在使用時存在著向上的摩擦力，使硬度計試驗力增大，硬度計示值偏低。
　　
　　試驗表明，邵氏硬度計，尤其是國產(chǎn)的硬度計，存在相當(dāng)大的摩擦力。微震硬度計將消除主軸的摩擦力，同時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)表明是在沒有摩擦力的情況下，由于彈性滯后的存在試驗力的進(jìn)程與回程是前者大于后者。微震硬度計使測量結(jié)果對應(yīng)兩者的中間值，彈性滯后的效應(yīng)在低硬度（試驗力小）不明顯，高硬度時（試驗力大）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，對試驗力的方向影響更大，可達(dá)到對應(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因素的影響，但不同的硬度計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，之間的實際試驗力可能差別也很大。本次修訂比較有效地解決了試驗力檢定與使用狀態(tài)不一致的突出問題。
　　
　　數(shù)字式邵氏硬度計的出現(xiàn)，出現(xiàn)了試驗力和壓針壓入深度偏離線性關(guān)系的情況，JJG1039-2008增加了對應(yīng)壓針伸出量為2.00mm、1.25mm測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型邵氏硬度計的使用壽命問題，可望擺脫D型邵氏硬度計合格率極低的尷尬局面，檢定周期也從半年延長到一年，與標(biāo)準(zhǔn)ISO21509相同。