GB/T 21838.4-202×《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压入
试验 第4部分：金属和非金属覆盖层的试验方法》
国家标准编制说明（征求意见稿）
一、工作简况 1、任务来源
本项目是依据国家标准化管理委员会国标委综合〔2024〕60号文“国家标准委关于下达2024年第三批国家标准制修订计划的通知”下达的项目计划，项目编号为20241760-T-605，项目名称为“金属材料 硬度和材料参数的仪器化压痕试验 第4部分：金属和非金属覆盖层的试验方法”。本项目是修订项目，代替GB/T 21838.4—2008。主要起草单位: 上海材料研究所等，计划完成时间为2024年。 2、主要工作过程
2.1概述
仪器化压痕试验（Instrumented Indentation Testing，简称IIT），又称深度敏感压痕试验（depth-sensing indentation）、连续记录压痕试验（continuous-recording indentation）等，当载荷很小时，又称超小负荷压痕试验（ultra-low-load indentation）和纳米压入试验（nanoindentation）等，它是在传统的布氏和维氏硬度试验基础上发展起来的新的力学性能试验方法，是对布氏和维氏硬度试验的补充、扩展和本质飞跃。它将微电子技术、计算机技术、自动控制技术等高新技术应用在硬度试验中，通过自动连续地控制和记录样品上压头加载和卸载时的载荷和位移数据，一方面减少了人为误差；另一方面填补了布氏和维氏硬度试验的不足，使得一些原来只能定性或半定量测量的力学性能指标能够精确地测量，其中，最常用的是硬度，其次是杨氏模量，还可用来测试金属的屈服强度和应变硬化特性，高分子材料的阻尼特性、内耗、储存和损失模量，以及材料的蠕变特性和断裂韧性等等。
仪器化压痕试验，使得传统的硬度试验与拉伸试验和仪器化冲击试验一样，适应了当前的力学性能试验技术向着自动精确测量方向发展的要求。
2002年起，ISO发布了系列的仪器化压痕试验标准被正式发布，即：
ISO 14577-1:2002“金属材料 硬度和材料性能的仪器化压痕试验 第1部分：试验方法” ；
ISO 14577-2:2002“金属材料 硬度和材料性能的仪器化压痕试验 第2部分：试验设备的检定和校准” ；
ISO 14577-3:2002“金属材料 硬度和材料性能的仪器化压痕试验 第3部分：标准块的标定”
ISO 14577-4:2007 “金属材料 硬度和材料性能的仪器化压痕试验 第4部分：金属和非金属覆盖层的试验方法” 。
2008年，全国钢标委会和试验机标委会以修改采用的方式将上述ISO14577系列标准转化为GB/T21838系列标准。
2015年起，ISO14577系列标准被修订，分别形成了ISO 14577-1：2015，ISO 14577-2：2015，ISO 14577-3：2015和ISO 14577-4：2016。与此同时，美国试验和材料协会标准也在修订ASTM E2546-2007的基础上形成了ASTM E2546-2015《仪器化压痕试验规程》（ASTM E2546-15 Standard practice for Instrumented Indentation Testing）。
2016年起，全国钢标委会和试验机标委会以等同采用的方式启动将上述ISO
14577系列标准转化为GB/T21838系列标准工作，目前，GB/T 21838.1-2024/ISO 14577-1:2015已发布，GB/T 21838.2-202X/ISO 14577-2:2015和GB/T 21838.3- 2024/ISO 14577-3:2015已完成送审稿审核。
ISO 14577-4：2015从试验机的校准和直接检验、试样、试验方法、覆盖层表面压入试验的数据分析和结果评估、结果的不确定度估算、试验报告、接触点和完全弹性范围等方面展开了更严谨细致的描述。
2.2起草(草案、调研) 阶段:
计划下达后，2024年10月全国钢标委力学及工艺试验方法分委员会组织各起草单位成立了起草工作组，由上海材料研究所牵头成立了标准编制工作组，负责主要起草工作。工作组对国内外金属材料 硬度和材料参数的仪器化压痕试验方法和技术现状与发展情况进行全面调研，同时广泛搜集相关标准和国内外技术资料，包括ISO 14577.1: 2015，ISO 14577.2：2015，ISO 14577.3：2015， ISO 14577-4：2016和ASTM E2546-15等，进行了大量的研究分析、资料查证工作，结合实际应用经验，进行全面总结和归纳，在此基础上编制出《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压痕试验 第4部分：金属和非金属覆盖层的试验方法》标准草案初稿。经工作组及有关专家研讨后，对标准草案初稿进行了认真的修改，于2024年12月形成了标准征求意见稿及其编制说明等相关附件，报全国钢标委力学及工艺试验方法分委员会秘书处。
2.3征求意见阶段:
2024年2月8日，由全国钢标委力学及工艺性能试验方法分委员会秘书处将标准征求意见稿和编制说明发送到力学及工艺性能试验方法分委员会委员及有代表性的标准相关方广泛征求意见，同时在《国家标准制修订工作管理信息系统》、《钢铁标准网》公开征求社会意见，为期2个月时间。
3、主要参加单位和工作组成员及其所做的工作
本标准由上海材料研究所、冶金工业信息标准研究院等单位起草。 主要成员: 所做的工作:
二、标准编制原则
本标准在修订过程中，遵循“面向市场、服务产业、自主制定、适时推出、及时修订、不断完善”的原则，注重标准修订与技术创新、试验验证、产业推进、应用推广相结合，本着先进性、科学性、合理性和可操作性以及标准的目标、统一性、协调性、适用性、一致性和规范性的原则来进行本标准的修订工作。
采用国际标准的制修订的标准：
本标准等同采用ISO14577-1:2016《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压痕试验 第4部分：金属和非金属覆盖层的试验方法》。在起草过程中，主要按GB/T 1.1-2009《标准化工作导则第1部分: 标准的结构和编写规则》和GB/T20000.2—2009《标准化工作指南 第2部分：采用国际标准》的要求编写。
三、主要内容说明
1、标准主要内容
本标准是对GB/T21838.4-2008的修订，修改章条的技术内容变化的依据或理由见下表。 修改章节 引言 主要技术内容变化 倒数第一段描述更明确：“GB/T 21838本部分的目的是提供基体影响可测量以及可能从基体和覆盖层复合性能测量中得出覆盖层性能分析方法的指南” 原注2移至第一段后面 第三段增加“在本标准中，术语覆盖层用于指与其连接基体不同并有着均匀性质的任何固体层，该方法假定覆盖层压痕深度性能恒定，如果基体尺寸比压痕尺寸小，复合覆盖层将被视作均匀的。” 原注3改为注2。 删除引用文件GB/T 3505、GB/T 9271、GB/T 9278、GB/T 13452.1 引用ISO 14577-1:2015、ISO 14577-2:2015 增加ISO/IEC Guide 98-3:2008 依据或理由 ISO 14577-4:2016 ISO 14577-4:2016 ISO 14577-4:2016 1范围 2规范性引用文件 3符号和说明 4试验机的校准和直接检验 5.1总则 5.2表面粗糙度 5.4试验面清洗 5.5色漆与清漆的特别要求 6.1试验条件 6.2.2控制试验力试验 表1删减了ISO 14577-1:2015已有的符号及说明，仅保留五个符号说明。 第一段GB/T21838.1改为ISO 14577-2:2015，删除附录A 删除了图1，相关描述进行修改 删除“在开始压痕试验循环之前，仪器化压痕试验机应达到所要求的机械和热稳定性，见6.2” 删除第2段和注 第一段增加“见ISO 14577-1:2015，附录E” 将注2与注3改为正文 对最后一段进行精简。 相对应的ISO标准变为参考文献 对应ISO国标尚未发布 GB/T 27418-2017系MOD ISO/IEC Guide 98-3：2008 附录A改为GB/T 21838.2-202X附录D 图1移至GB/T 21838.2-201X图7 6.2中已无漂移描述（移至GB/T 21838.1－2024附录G） 附 录 E （规范性附录） 试样表面粗糙度对试验结果准确度的影响 ISO 14577-4:2016 ISO 14577-4:2016 删除。 6.1.1中原图2b）改为图1 6.1.1注1中附录B改为附录A。 6.1.3第7段描述更清晰 6.1.3最后一段“测量不同厚度的覆盖层性能时应使用规范化程序”删除 进行了大量精简。 ISO 14577-4:2016 ISO 14577-4:2016 直接引用ISO 14577-1:2015附录G 6.2.3控制位移试验 7.1总则 删除。 正文第5段EIT用EIT*代替 原图1b）变为图2 原图4镍基体实测图改为图2硬基体上延性覆盖层应变压痕模量与归一化的接触半径示意图 原图5高速钢基体实测图改为图3软基体上硬的/脆性覆盖层应变压痕模量与归一化的接触半径示意图 取值范围进行了修改，原3个改为5个；原5个改为10个 原图1a）变为图4 新增图5硬基体上延性覆盖层压痕硬度与归一化的接触深度示意图 新增图6硬基体上延性覆盖层压痕硬度与归一化的接触深度示意图 取值范围进行了修改，原5个改为10个 新增图7软基体上硬的/脆性覆盖层压痕硬度与归一化的接触深度示意图 原图6高速钢基体实测图改为图8 软基体上硬的/脆性覆盖层压痕硬度与归一化的接触深度示意图 注5删除（原内容已体现在正文中） 原注6改为注5 删除注7（相关模型未被国际上共同认可） 流程描述更细化 新增 对试验报告内容进行了删减与更改。 原附录A删除 原附录B由规范性附录更改为资料性附录A。 删除表B.2。 控制位移测量不允许热位移漂移修正 GB/T 21838.4-2008中错误 ISO 14577-4:2016 7.2覆盖层压痕模量 ISO 14577-4:2016 7.3覆盖层压痕硬度 8结果的不确定度 9试验报告 附录A 参考文献
引用ISO 14577-1:2015附录H ISO 14577-4:2016 附录A内容移至GB/T21838.2-202X附录D ISO 14577-4:2016 文献数目由36条删减32条。 2、主要技术差异
本标准与GB/T 21838.4-2008《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压痕试验 第4部分：金属和非金属覆盖层的试验方法》相比，主要修订内容如下:
——标准名称由《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压痕试验 第4部分：金属和非金属覆盖层的试验方法》改为《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压入试验 第4部分：金属和非金属覆盖层的试验方法》
——删减了一些符号和说明； ——删除了漂移率测定的描述； ——细化了覆盖层压痕模量的测定； ——细化了覆盖层压痕硬度的测定； ——增加了不确定度估算的描述；
——删除了规范性附录机架柔度校准程序；
四、标准中涉及专利的情况
本标准不涉及专利问题。
五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况
本标准于2008年首次发布，本次是第1次修订。 通过修订，充分纳入和反映了当今新产品、新技术、新工艺的先进技术成果，解决标龄老化问题，保证标准的时效性，为金属材料硬度和材料参数的仪器化压入试验技术的推广应用提供了有力的技术支撑，为指导和规范金属材料生产和验收提供了依据，有利于提高产品的技术性能、安全可靠性及环保性能。
通过标准的制定和实施，将促进技术创新，增强产品的国内外市场竞争力，同时为推进产业结构调整与优化升级创造条件，对规范市场竞争，引导市场良性发展，加快我国金属材料硬度和材料参数的仪器化压入试验技术快速发展具有积极的促进作用。
六、与国际、国外对比情况
本标准等同采用ISO14577-4:2016《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压痕试验 第4部分：金属和非金属覆盖层的试验方法》编制，在文本结构和技术内容方面与 ISO 14577-4:2016一致。
七、与现行相关法律、法规、规章及标准，特别是强制性标准的协调性
本标准与现行相关法律、法规、规章及相关标准协调一致。
八、重大分歧意见的处理经过和依据
无
九、标准性质的建议说明
建议本标准的性质为推荐性国家标准。
十、贯彻标准的要求和措施建议
一般情况下，建议本标准批准发布6个月后实施。
十一、废止或代替现行相关标准的建议
本标准实施时，代替GB/T 21838.4—2008。
十二、其他应予说明的事项
无
《金属材料 硬度和材料参数的仪器化压入试验
第4部分：金属和非金属覆盖层的试验方法》国家标准编制工作组
2024年1月7日
《金属材料硬度和材料参数的仪器化压痕试验第4部分金属和非金属覆盖层的试验方法》国家标准编制说明
