超聲維氏硬度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范

1 范圍

本校準(zhǔn)規(guī)范適用于超聲維氏硬度計(jì)（下簡稱硬度計(jì)）的校準(zhǔn)。

2 引用文件

本規(guī)范引用下列文件：

GB/T 12604.1-2005/ISO 5577:2000 無損檢測術(shù)語 超聲檢測

JB/T 9377-2010 超聲硬度計(jì) 技術(shù)條件

ASTM A 10380-2005 美國材料和試驗(yàn)協(xié)會 使用超聲接觸阻抗法

DIN50159-2 德國標(biāo)準(zhǔn)委員會   金屬材料—硬度檢測，根據(jù)超聲UCI 第2部分：硬度檢測儀的檢測和校準(zhǔn)

使用本規(guī)范時(shí)，應(yīng)注意使用上述引用文件的現(xiàn)行有效版本。

3 概述

超聲硬度計(jì)測量基本原理，是將焊有金剛石棱錐體壓頭的振動(dòng)桿，激勵(lì)到其自由振蕩頻率，當(dāng)壓頭以恒定載荷與被測物垂直接觸時(shí)，產(chǎn)生共振，并利用這個(gè)諧振頻率表示被測物的硬度值。即頻率變化值可以通過壓電陶瓷轉(zhuǎn)換成電壓信號，再根據(jù)材料的彈性模量，算出被測物的硬度值，并可換算其他硬度。

見如下公式：

              （1）

式中：: 壓痕面積；：彈性模量；: 頻率變化量； 

：函數(shù)符號；：維氏硬度；：壓頭相對面夾角136º；

 ：試驗(yàn)力

4 計(jì)量特性

4．1 外觀

硬度計(jì)上應(yīng)標(biāo)明硬度計(jì)型號、出廠編號、制造廠及制造日期等。

4．2硬度計(jì)的分辨力

硬度計(jì)的硬度示值zui小分辨力：數(shù)字式≤1HV（UCI）、指針式≤20HV（UCI）注：UCI為超聲硬度阻抗。

4．3 壓頭

壓頭由金剛石正方四棱錐體和壓頭測量桿組成。

4．3．1金剛石正方四棱錐體牢固地焊接在壓頭測量桿的前端頂部，焊接處不得有裂紋、夾渣和氣泡。壓頭測量桿推動(dòng)時(shí)應(yīng)靈活，不應(yīng)存在明顯的彎曲和滯留、摩擦的影響。

4．3．2壓頭金剛石正方四棱錐體軸線與壓頭測量桿軸線的同軸度≤0.2mm

4．3．3棱錐體相對面夾角為136 º±0.5º。

4．3．4棱錐體四個(gè)面應(yīng)相交于一點(diǎn)，交線長度（橫刃）≤0.005mm。

4．4 硬度計(jì)試驗(yàn)力

硬度計(jì)在（1～98）N范圍內(nèi)的各級試驗(yàn)力，誤差為±8%、重復(fù)性≤10%。

4．5 硬度計(jì)的示值誤差及重復(fù)性

硬度計(jì)的示值誤差及其重復(fù)性應(yīng)符合表 1

表 1 示值誤差及重復(fù)性

其中，維氏HV5和HV10兩個(gè)標(biāo)尺的重復(fù)性為8%。

4．6 測量頭支撐架

    測量頭支撐架，應(yīng)能穩(wěn)固垂直地安裝測頭，高度可調(diào)，定位可靠，并能確保測量時(shí)所施加的試驗(yàn)力延壓頭軸線方向進(jìn)行。支撐架的試臺臺面應(yīng)平整、光滑，在試驗(yàn)過程中升降靈活、平穩(wěn)，不會產(chǎn)生明顯的相對位移和旋動(dòng)。

5  校準(zhǔn)條件

5．1 環(huán)境溫度為（23±10）℃，相對濕度不大于85%。

5．2 使用交流電源時(shí)，電源電壓的波動(dòng)在220V±10%范圍內(nèi)。使用直流電源時(shí)，為能滿足完成測量，電池組電壓不低于額定電壓的85%。

5．3 周圍環(huán)境應(yīng)無振動(dòng)、無強(qiáng)磁干擾和無腐蝕性介質(zhì)。

5．4 校準(zhǔn)前硬度計(jì)及配套使用的計(jì)量器具，應(yīng)在同一環(huán)境條件下放置至少一小時(shí)。

6 校準(zhǔn)項(xiàng)目及校準(zhǔn)方法

校準(zhǔn)項(xiàng)目及使用儀器見表 2

表 2 校準(zhǔn)項(xiàng)目及使用儀器表

6．1壓頭的校準(zhǔn)

6. 1. 1壓頭的金剛石正方四棱錐體焊接質(zhì)量應(yīng)該在30X放大鏡下進(jìn)行。在放大鏡下，軸向轉(zhuǎn)動(dòng)壓頭測量桿，任意方向的觀測結(jié)果應(yīng)符合4.2.1。

6. 1. 2 壓頭錐體同軸度及棱錐體相對面夾角的測量，應(yīng)在50X及以上的工具顯微鏡下進(jìn)行測量。

6. 1. 2. 1 將壓頭置于放大鏡下，軸線轉(zhuǎn)動(dòng)測量桿，分別在兩對棱線或兩對棱面的位置上測量壓頭棱錐體軸線與壓頭測量桿的軸線，兩軸軸線zui大差值為金剛石棱錐體與測量桿的同軸度。測量結(jié)果應(yīng)符合4.2.2

6. 1. 2. 2 將壓頭置于放大鏡下,分別測量兩相對棱的夾角，并換算成棱錐體相對面夾角。任一測量的結(jié)果應(yīng)符合4.2.3,誤差按公式（2）計(jì)算。

                                 （2）

式中：——錐體夾角測量值；

      ——標(biāo)稱值。

6. 1. 3. 壓頭棱錐體四個(gè)面相交的線的長度（橫刃），應(yīng)使用準(zhǔn)確度不低于±（0.2+4L）/1000mm的400X以上顯微鏡進(jìn)行測量。將壓頭置于顯微鏡下，軸向轉(zhuǎn)動(dòng)測量桿，分別測量兩對相交面，其中兩相交面距離的長度zui大測量結(jié)果應(yīng)符合4.2.4。

6. 2 試驗(yàn)力的校準(zhǔn)

使用準(zhǔn)確度不低于0.3級的測力儀器及百分表同時(shí)進(jìn)行測量。

6. 2. 1 將壓頭測量桿安裝在測量支架上，在壓頭及百分表的同一平面下放置一鋼塊，下降壓頭或上升工作臺使鋼塊上升，測量壓頭棱錐體端點(diǎn)至壓頭定位套端面的移動(dòng)量。

6. 2. 2 卸下壓頭定位套，將測力儀置于壓頭下方，下降壓頭或上升工作臺，緩慢施加試驗(yàn)力，測量壓頭在上述移動(dòng)量時(shí)的試驗(yàn)力。測量結(jié)果應(yīng)符合4.3。測量重復(fù)3次，測量的平均值、誤差、重復(fù)性W（%）按公式（3）、（4）、（5）計(jì)算：

                          （3）

式中：f1 f2 f3——試驗(yàn)力測量值。

                       （4）

式中：f——試驗(yàn)力測量平均值；

f0——試驗(yàn)力標(biāo)稱值。

W =×100%                （5）

式中：f max——3次測量中的zui大值；

f min——3次測量中的zui小值；

—— 3次測量中的平均值。

6．3 硬度示值的校準(zhǔn)

由于超聲硬度計(jì)測量原理和結(jié)構(gòu)的特殊性，此類硬度計(jì)不得單獨(dú)的使用，必須與標(biāo)準(zhǔn)硬度塊同時(shí)進(jìn)行,因此該類硬度計(jì)的硬度示值校準(zhǔn)實(shí)際是比較。

6．3. 1 硬度計(jì)的硬度示值校準(zhǔn)必須是在裸機(jī)（即修正量為：0）的狀態(tài)下進(jìn)行。

6．3. 2 硬度計(jì)的硬度示值校準(zhǔn)必須在硬度計(jì)的測量、顯示部分連接好，開啟電源10min后進(jìn)行。

6．3. 3 根據(jù)使用的需求，硬度示值的校準(zhǔn)應(yīng)至少選取2塊不同硬度范圍的標(biāo)準(zhǔn)塊。

6．3. 4. 1 校準(zhǔn)時(shí)，使用測量頭支撐架以確保測量的硬度值準(zhǔn)確可靠，所使用的標(biāo)準(zhǔn)硬度塊應(yīng)黏附在較大的平臺上，以防測量過程中標(biāo)準(zhǔn)塊滑動(dòng)。

先將固定在支撐架的測量壓頭置于標(biāo)準(zhǔn)硬度塊上，并平穩(wěn)緩慢地下壓，推動(dòng)壓頭向內(nèi)壓縮移動(dòng)至定位套端面，此時(shí)顯示器迅速記錄下所測量的硬度值。在標(biāo)準(zhǔn)塊上均勻分布測量5點(diǎn)，其平均值為該點(diǎn)硬度測量示值，平均值按公式（6）計(jì)算。

                     （6）

式中：H1、H2、H3、H4、H5——5點(diǎn)的測量示值

6．4 硬度示值誤差及其重復(fù)性

6．4. 1 硬度計(jì)示值的誤差是硬度計(jì)示值的平均值與標(biāo)準(zhǔn)塊的硬度值比較結(jié)果應(yīng)符合表 1。誤差按公式（7）計(jì)算。

                         （7）

式中：H—— 硬度示值測量平均值；

H0 ——標(biāo)準(zhǔn)塊硬度值

6．4.2 硬度計(jì)示值的重復(fù)性是以測量5點(diǎn)數(shù)值計(jì)算的。測量結(jié)果應(yīng)符合表 1，重復(fù)性Hef按公式（8）計(jì)算

                      （8）

式中：Hmzz  ——測量5點(diǎn)中硬度示值的zui大值；

      Hmin——測量5點(diǎn)中硬度示值的zui小值。

6．5 彈性模量輸入

如果使用標(biāo)準(zhǔn)塊的彈性模量沒有儲存在超聲硬度計(jì)中，則必須在校準(zhǔn)前，將標(biāo)準(zhǔn)塊的彈性模量值輸入到超聲硬度計(jì)中，再進(jìn)行校準(zhǔn)。

7硬度示值的換算

7．1硬度計(jì)可以進(jìn)行布氏、洛氏硬度換算時(shí)，可以增加轉(zhuǎn)換硬度示值的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時(shí)至少選取2塊不同硬度范圍的標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行。

7. 2換算硬度示值的分辨力應(yīng)符合表3

表3換算硬度示值的分辨力

7. 3換算硬度示值的誤差、重復(fù)性

對于換算硬度示值的誤差及重復(fù)性應(yīng)符合表4

表4換算硬度示值的誤差及重復(fù)性

7. 3.1換算硬度示值的平均值按公式（6）計(jì)算、誤差、重復(fù)性Hef，布氏按公式（7）、（8）計(jì)算，洛氏按（9）、（10）計(jì)算

                                        （9）

式中：——硬度示值測量平均值；

      ——硬度塊硬度值。

                              （10）

式中：Hmzz  ——測量5點(diǎn)中硬度示值的zui大值；

      Hmin——測量5點(diǎn)中硬度示值的zui小值。

8 校準(zhǔn)結(jié)果的表達(dá)

根據(jù)需要及用戶要求可分別對硬度計(jì)壓頭，試驗(yàn)力及示值的校準(zhǔn)。也可以只對硬度計(jì)的示值進(jìn)行校準(zhǔn)。

經(jīng)過按本方法校準(zhǔn)后的硬度計(jì)，應(yīng)出具校準(zhǔn)證書。并給出測量結(jié)果及測量不確定度。詳細(xì)內(nèi)容格式見附錄A、B。

9 復(fù)校時(shí)間間隔

建議復(fù)校時(shí)間間隔不超過1年。用戶也可根據(jù)自己實(shí)際使用情況自主決定復(fù)校時(shí)間間隔。

附錄A

超聲硬度計(jì)校準(zhǔn)記錄內(nèi)頁格式

送檢單位                                       校準(zhǔn)室溫   ℃  相對濕度    %

型號規(guī)格              出廠編號                     制造廠                    

使用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器                             標(biāo)準(zhǔn)器證書編號                    

校準(zhǔn)技術(shù)依據(jù)： JJF XXXX-201X              

校準(zhǔn)性質(zhì)：校準(zhǔn) □  后續(xù)校準(zhǔn) □  使用中檢驗(yàn) □       

一、 外觀：符合要求□；不符合要求□

二、壓頭幾何尺寸及狀況校準(zhǔn)：

三、試驗(yàn)力校準(zhǔn)：

四、硬度示值校準(zhǔn)：

五、校準(zhǔn)證書號                   

校準(zhǔn)員            核驗(yàn)員             校準(zhǔn)日期        年      月     日  校準(zhǔn)周期     年

附錄B  

超聲硬度計(jì)校準(zhǔn)證書內(nèi)頁格式

證書編號

校 準(zhǔn) 結(jié) 果

校準(zhǔn)員：             核驗(yàn)員：