超声硬度计校准规范

一、规范修订的背景及目的

近年来，超声硬度计在航空、航天、**、汽车、船舶等大型制造领域，尤其是生产现场的大型、异形或**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**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，受国内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，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**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**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**次校准1小时后，再进行**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。

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*大的)，再根据材料的弹性模量，来换算出压痕面积，*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。