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    MIC10超聲波硬度計(jì)的原理及應(yīng)用2

    2012-09-29 10:42:45  來(lái)源:謝文清
    我們又知道,材料硬度越高,受力后的壓痕面積越小,硬度越低,壓痕面積就越大。這時(shí),我們來(lái)看看下面的公式:

    式中,△f代表頻率變化量,Eeff代表彈性模量,A代表壓痕面積!鱢=(Eeff,A),這個(gè)公式表示,△f與Eeff和A存在可計(jì)算的比例關(guān)系。而在前面講過(guò),硬度值其實(shí)也是與力F和壓痕面積A存在可計(jì)算的比例關(guān)系,也就是圖中的HV=F/A。
     
    維氏機(jī)產(chǎn)生的壓痕本來(lái)就很小,而壓痕邊緣的判定是由人來(lái)觀察的,難免出現(xiàn)錯(cuò)誤。而振動(dòng)棒的壓痕就更小,但頻率卻可以借由電路的計(jì)算精確得到,于是,如果我們知道某種材料的彈性模量,又測(cè)得了頻率,那我們完全可以借助換算關(guān)系用△f與Eeff來(lái)表示A、而不用去測(cè)量壓痕直徑。
     
    這樣,如果力值事先設(shè)定(振動(dòng)棒壓緊到材料表面,靠的就是壓緊彈簧——這是真的彈簧,而彈簧的壓緊力是可以事先設(shè)定的,這就是超聲波探頭有不同型號(hào)的緣故,其型號(hào)的不同,就是取決于彈簧壓緊力,有10N、20N,等等),那么,硬度值的公式完全可以轉(zhuǎn)化成:HV=F/(△f,Eeff),你看,根本不用費(fèi)心去觀察壓痕了、也不用擔(dān)心“壓痕邊緣不清晰”所帶來(lái)的誤差了。
     
    但是且慢,如果只是這樣的應(yīng)用,還是顯示不出超聲測(cè)硬度的好處,因?yàn),不同材料,其彈性模量必定有差異,你得先把彈性模量給測(cè)出來(lái)——除非你事先知道。
     
    那么怎么辦?正確的應(yīng)用應(yīng)該是這樣的:一種材料,應(yīng)事先做一個(gè)樣塊,先用臺(tái)式機(jī)打出值,然后,用超聲波硬度計(jì)也打一次值,根據(jù)臺(tái)式機(jī)打出的值,對(duì)超聲波硬度計(jì)進(jìn)行標(biāo)定,標(biāo)定之后,只要是同種材料,就可以直接用超聲波硬度計(jì)打值了。
     
    比如,樣塊值HV1=F/(△f1,Eeff),那么,只要是同種材料,硬度不同,HV2=F/(△f2,Eeff),F(xiàn)和Eeff相同,只要根據(jù)△f1和△f2的比例關(guān)系,就可以計(jì)算出HV2了。
     
    所以,可以看出,超聲波硬度計(jì)和超聲波測(cè)厚儀是同樣的道理。
     
    超聲波測(cè)厚儀是通過(guò)樣塊的已知厚度(這個(gè)已知厚度實(shí)際上也是事先由別的方式測(cè)得的)來(lái)確定某種材料的聲速,以后,只要是同種材料,直接測(cè)厚即可;
     
    而超聲波硬度計(jì)則是通過(guò)樣塊的已知硬度(這個(gè)已知硬度由臺(tái)式機(jī)事先測(cè)得)來(lái)確定某種材料的彈性模量(但并不需要知道確切的數(shù),這一點(diǎn),和測(cè)聲速有所不同),以后,只要是同種材料,直接打硬度即可。
     
    超聲波測(cè)厚時(shí),我們通常選個(gè)大致的聲速,如果誤差較大,則會(huì)反測(cè)聲速,同樣,超聲波硬度計(jì)也事先內(nèi)置了幾種材料的選項(xiàng),如果你事先知道被測(cè)材料與這些內(nèi)置選項(xiàng)有差異,或者測(cè)值時(shí)誤差較大,那就要象前面提到的,以這種材料做標(biāo)樣,進(jìn)行標(biāo)定,其實(shí)可以把這個(gè)過(guò)程理解為“反測(cè)彈性模量”。
     
    常見(jiàn)的硬度試塊,對(duì)于超聲波硬度計(jì)有什么意義呢?那是用來(lái)較驗(yàn)儀器本身的,而實(shí)測(cè)中的工件,未必與常見(jiàn)試塊相同,所以,不能說(shuō),在常見(jiàn)試塊上標(biāo)定后就可以直接打?qū)崪y(cè)工件了。
     
    關(guān)于這一點(diǎn),我們還是借助超聲波測(cè)厚儀來(lái)理解。當(dāng)你把超聲波測(cè)厚儀接上探頭,到計(jì)量院送檢合格后,你是不是能夠直接去測(cè)一個(gè)鋁塊?當(dāng)然不行,因?yàn)椋?jì)量院的厚度塊不是鋁制件,你得想辦法查到、或者反測(cè)到鋁的聲速才能測(cè)量。粗晶材料,你可能還要換探頭,而換探頭,你還要對(duì)探頭零點(diǎn)較一次,然后才能測(cè)量。只不過(guò),在很多情況下,被測(cè)件的材質(zhì)與計(jì)量用的標(biāo)準(zhǔn)厚度塊的材質(zhì),聲速相差不大,所以拿來(lái)就測(cè),問(wèn)題也不大,
     
    同樣,超聲波硬度計(jì)也是如此,只不過(guò),聲速變成了彈性模量,并且不用記錄出具體的彈性模量值。
     
    好了,我們來(lái)總結(jié)一下:
     

    • 當(dāng)彈性模量與內(nèi)置的材料選項(xiàng)相同、或者是事先針對(duì)材料做樣塊進(jìn)行標(biāo)定的前提下,超聲波硬度計(jì)可以實(shí)現(xiàn)快速、便捷的硬度測(cè)試,而不用擔(dān)心壓痕邊緣不規(guī)則或不清晰(其實(shí),在布洛維的測(cè)試中,這種情況并不少見(jiàn),通常是由于壓頭施力偏心或被測(cè)面受力不均引起的——壓頭與被測(cè)件的同軸度不好),也不用擔(dān)心薄壁管的里氏測(cè)量不準(zhǔn)問(wèn)題。
    而一種材料,只需標(biāo)定一次——這和反測(cè)材料的聲速類(lèi)似。
     

    • 硬度越高,更適用。因?yàn),硬度越高意味著兩?ldquo;彈簧”更容易達(dá)成“共振”。(這一點(diǎn)也跟超聲波測(cè)厚相似,晶粒越細(xì)密、排列越密實(shí),則透聲性就好,測(cè)厚就越精確,因?yàn)榉瓷湫盘?hào)越容易被準(zhǔn)確地捕捉到)
     

    • 超聲測(cè)硬度的理論依據(jù)是毋庸置疑的,它也是評(píng)估力值和壓痕的關(guān)系,從這個(gè)角度講,它其實(shí)比里氏硬度計(jì)更符合傳統(tǒng)的力學(xué)測(cè)量概念。
     
     
    所以,超聲波硬度計(jì)并不是只針對(duì)某些特殊情況或領(lǐng)域的,而是可以廣泛應(yīng)用的。
     
    還是拿超聲波測(cè)厚來(lái)比照:卡尺能測(cè)厚的地方,超聲波測(cè)厚儀可以測(cè),卡尺測(cè)不到的地方,超聲測(cè)厚儀也可以測(cè)。
     
    同樣道理,布絡(luò)維里可以打的,超聲波硬度計(jì)可以打,布洛維里不方便打或不適合打的地方,你都可以想起超聲波硬度計(jì)來(lái)。關(guān)鍵是,針對(duì)具體應(yīng)用時(shí),要幫助用戶(hù)去判斷其合理性、適用性。

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    謝文清