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(cè)術(shù)語 超聲檢測(cè)

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(huì) 使用超聲接觸阻抗法

DIN50159-2 德國標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)   金屬材料—硬度檢測(cè)，根據(jù)超聲UCI 第2部分：硬度檢測(cè)儀的檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(hào)，再根據(jù)材料的彈性模量，算出被測(cè)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(hào)；：維氏硬度；：壓頭相對(duì)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(hào)、出廠編號(hào)、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z(mì)ui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(cè)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(cè)量桿的前端頂部，焊接處不得有裂紋、夾渣和氣泡。壓頭測(cè)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(cè)量桿軸線的同軸度≤0.2mm

4．3．3棱錐體相對(duì)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(jí)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(cè)量頭支撐架

    測(cè)量頭支撐架，應(yīng)能穩(wěn)固垂直地安裝測(cè)頭，高度可調(diào)，定位可靠，并能確保測(cè)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(tái)臺(tái)面應(yīng)平整、光滑，在試驗(yàn)過程中升降靈活、平穩(wěn)，不會(huì)產(chǎn)生明顯的相對(duì)位移和旋動(dòng)。

5  校準(zhǔn)條件

5．1 環(huán)境溫度為（23±10）℃，相對(duì)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(cè)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(cè)量桿，任意方向的觀測(cè)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(duì)面夾角的測(cè)量，應(yīng)在50X及以上的工具顯微鏡下進(jìn)行測(cè)量。

6. 1. 2. 1 將壓頭置于放大鏡下，軸線轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量桿，分別在兩對(duì)棱線或兩對(duì)棱面的位置上測(cè)量壓頭棱錐體軸線與壓頭測(cè)量桿的軸線，兩軸軸線zui大差值為金剛石棱錐體與測(cè)量桿的同軸度。測(cè)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(cè)量兩相對(duì)棱的夾角，并換算成棱錐體相對(duì)面夾角。任一測(cè)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(cè)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(cè)量。將壓頭置于顯微鏡下，軸向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量桿，分別測(cè)量兩對(duì)相交面，其中兩相交面距離的長度zui大測(cè)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(jí)的測(cè)力儀器及百分表同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。

6. 2. 1 將壓頭測(cè)量桿安裝在測(cè)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(tái)使鋼塊上升，測(cè)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(cè)力儀置于壓頭下方，下降壓頭或上升工作臺(tái)，緩慢施加試驗(yàn)力，測(cè)量壓頭在上述移動(dòng)量時(shí)的試驗(yàn)力。測(cè)量結(jié)果應(yīng)符合4.3。測(cè)量重復(fù)3次，測(cè)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(cè)量值。

                       （4）

式中：f——試驗(yàn)力測(cè)量平均值；

f0——試驗(yàn)力標(biāo)稱值。

W =×100%                （5）

式中：f max——3次測(cè)量中的zui大值；

f min——3次測(cè)量中的zui小值；

—— 3次測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量頭支撐架以確保測(cè)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(tái)上，以防測(cè)量過程中標(biāo)準(zhǔn)塊滑動(dòng)。

先將固定在支撐架的測(cè)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(cè)量的硬度值。在標(biāo)準(zhǔn)塊上均勻分布測(cè)量5點(diǎn)，其平均值為該點(diǎn)硬度測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量5點(diǎn)數(shù)值計(jì)算的。測(cè)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(cè)量5點(diǎn)中硬度示值的zui大值；

      Hmin——測(cè)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(chǔ)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(duì)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(cè)量平均值；

      ——硬度塊硬度值。

                              （10）

式中：Hmzz  ——測(cè)量5點(diǎn)中硬度示值的zui大值；

      Hmin——測(cè)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(duì)硬度計(jì)壓頭，試驗(yàn)力及示值的校準(zhǔn)。也可以只對(duì)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(cè)量結(jié)果及測(cè)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(duì)濕度    %

型號(hào)規(guī)格              出廠編號(hào)                     制造廠                    

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

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(hào)                   

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(hào)

校 準(zhǔn) 結(jié) 果

校準(zhǔn)員：             核驗(yàn)員：