中国计量网 http://www.chinajl.com.cn/
中国计量网——计量行业门户网站
计量资讯速递
您当前的位置: 首页 > 学苑 > 计量讲座

JJF1436-2013《超声硬度计校准规范》解读

发布时间:2019-05-15 作者: 来源: 浏览:711

一、规范修订的背景及目的

近年来,超声硬度计在航空、航天、军工、汽车、船舶等大型制造领域,尤其是生产现场的大型、异形或唯一工件等,无法进行静态(如布、洛、维硬度)测量的情况时,受到使用者的青睐。超声硬度测量的特点是仪器轻巧、压痕微小、操作简便、便于携带,测量工件硬度时,其压痕几乎达到无痕迹的程度,属于无损测量范畴,在对超大型工件的硬度测量上有着绝对的优势。


JJF1436-2013《超声硬度计校准规范》是在JJG654-1990《超声硬度计检定规程》(以下简称“旧规程”)的基础上修订的。


事实上,超声硬度计的压头是维氏正四棱锥压头,它的测量原理应属于维氏范畴。在旧规程中却只给出了洛氏硬度示值误差和示值重复性的要求,这显然是在当时制定条件下存在的缺陷,因此旧规程已无法满足应用领域的要求。为了弥补旧规程中的不足,受全国力值硬度计量技术委员会的委托,我们对旧规程进行了修订。JJF1436-2013于2014年4月25日起正式实施。

二、规范修订的主要内容

1.JJF1436-2013对硬度计示值误差和示值重复性没有提出要求,它只是对在校准过程中的实验条件、校准方法、校准项目、校准中所使用的仪器设备进行了规定,并且在实验数据的基础上,给出了测量结果不确定度的计算方法。这点与旧规程完全不同。旧规程是要给出硬性的指标,测量结果与这些指标的符合程度,是判定这台仪器是否合格的关键。而JJF1436-2013则不作这些硬性的指标,只是给出了测量结果和测量结果的不确定度,使用者应根据这些数据的结果,自己判定仪器是否准确可靠和符合使用要求。合格与否、是否满足使用要求,完全由使用者判定和掌握。

2.去除了旧规程中对压头的检定和对测量传感器基波频率的测定。

由于有些超声硬度计的压头或压头保护套无法拆卸,这对压头几何量和同轴度的测量存在一定的困难,难以实施,同时,测量传感器的基波频率的测定已经不属于力学测量范畴,根据实际情况的需要,对这一部分可不再提出要求。

3.增加了对校准参数的测定。即超声硬度计在标准硬度块上测量5点,然后将5点的平均值与硬度块的标称值进行比较,修正校准参数,再正式校准和使用。

准确地说,超声硬度计实质是一种比较仪,使用它测量硬度时,因不同材料种类的试样,硬度值会存在明显偏差。为了精确测量,必须把已知同种类试样的硬度参数标定到超声硬度计里,再由此超声硬度计测量同种类材料的试样,此时,测量数据的稳定度和精确度才能获得良好结果。只有这样,才能消除由于材料弹性模量的不同引起测量示值较大差异的现象。这一点也是JJF1436-2013应用者尤其要注意的地方,否则,即使是合格的超声硬度计所显示的数值,也会与真实值有较大的差距。

4.增加了对超声硬度计漂移量测定的要求。即在正式校准后1小时,再次对超声硬度计进行校准,前后两次校准数据之差,即为漂移量。

超声硬度计的原理与静态的传统硬度计不同,它是由传感器测量到的频率变化量去计算得到硬度值的,这就要求集成电路等电子元器件要有较高的稳定性,否则将不能满足和完成检测的需要。

三、规范在执行中应注意的问题

1.超声硬度计实际就是运用超声方法测量硬度,根据国外相关资料显示,运用超声硬度测量时需加以(UCI)区别表示,这表明它对材料的弹性模量的反应非常敏感。静态布、洛、维硬度计是根据压头压入硬度块的深度或压痕面积,由公式计算出硬度值,这种测量方法与材料自身的弹性模量基本没有明显的关系。

超声硬度计在开机使用后,压头测量杆自身就产生一个固有频率的振动,当压头压入测量物体后,谐振频率将发生变化,根据频率变化量、固定压力值、材料的弹性模量得出压痕面积,再由维氏硬度公式,得到该被测物体的硬度值。可以看出,频率数据的变化量是关键。不同的弹性模量将会产生不同的频率变化量。

在所做的实验中,曾出现维氏硬度值相同的硬度块,用超声硬度计测量时,会存在不同的结果。这就是因为两种硬度块的材质和热处理工艺上的差异,使材料有着不相同的弹性模量,从而使超声硬度计的频率变化量不相同,硬度值也就不相等。

正是由于超声硬度计测量原理的特殊性,因而在校准之前,必须先对硬度计的校准参数进行修正。即校准前,需选用与标准硬度块相同材质的硬度块进行检测,并对硬度计中的校准参数进行修改(详细修改步骤见产品说明书),然后才能进行正式校准测量。参数修改前,硬度计示值与标准硬度值相差较大,属于正常反应。

这也是广大一线计量检测人员必须特别注意的。

2.必须考核硬度计示值的漂移。超声硬度计是根据压头振动频率的变化确定硬度值的,而测量频率变化量是靠仪器中的传感器、CPU等电子元器件完成。为了考验这些电子元器件的稳定性和可靠性,必须在第一次校准1小时后,再进行第二次校准,以获得其示值的漂移量。

3.多种硬度的表示形式。超声硬度计的压头是正四棱锥型的维氏压头,所以测量值更接近维氏硬度值,硬度按式(1)进行计算。


式中:A——压痕面积;Eeff——弹性模量;Δf——频率变化量;f——函数符号;HV——维氏硬度;α——压头相对面夹角136°;F——试验力。

硬度计中所显示的布氏值、洛氏值等都是在维氏测量结果的基础上换算得到的,必然存在着换算过程的误差,这点应引起使用者的注意。

注:叶明、何广霖为JJF1436-2013的主要起草人。

链接:传统维氏硬度计与超声硬度计的区别

传统维氏硬度计是通过测量压痕的对角线,得出压痕面积,再用公式计算出硬度值,而超声硬度计则是根据传感器中频率的变化量(较硬材料上的频率变化相对较小,因为压痕较浅。压痕越深,频率变化越大,略大的压痕代表中等硬度。类似的,软材料上的压痕是最大的),再根据材料的弹性模量,来换算出压痕面积,最后用公式得出维氏硬度值。这就使得测量方法有了很大不同,从而给操作者带来了极大的方便。

「本文刊发于《中国计量》杂志第6期 作者:叶明 何广霖 郑春平┆计量资讯速递编辑整理 转载必须注明

分享到:
通知 我要订购 我要订购
公告 欢迎订购2021年《中国计量》杂志 欢迎订购2021年《中国计量》杂志
会员注册
已有账号,
会员登陆
完善信息
找回密码