超聲維氏硬度計校準規范

1 范圍

本校準規范適用于超聲維氏硬度計（下簡稱硬度計）的校準。

2 引用文件

本規范引用下列文件：

GB/T 12604.1-2005/ISO 5577:2000 無損檢測術語 超聲檢測

JB/T 9377-2010 超聲硬度計 技術條件

ASTM A 10380-2005 美國材料和試驗協會 使用超聲接觸阻抗法

DIN50159-2 德國標準委員會   金屬材料—硬度檢測，根據超聲UCI 第2部分：硬度檢測儀的檢測和校準

使用本規范時，應注意使用上述引用文件的現行有效版本。

3 概述

超聲硬度計測量基本原理，是將焊有金剛石棱錐體壓頭的振動桿，激勵到其自由振蕩頻率，當壓頭以恒定載荷與被測物垂直接觸時，產生共振，并利用這個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換成電壓信號，再根據材料的彈性模量，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； 

：函數符號；：維氏硬度；：壓頭相對面夾角136º；

 ：試驗力

4 計量特性

4．1 外觀

硬度計上應標明硬度計型號、出廠編號、制造廠及制造日期等。

4．2硬度計的分辨力

硬度計的硬度示值zui小分辨力：數字式≤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。壓頭測量桿推動時應靈活，不應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棱錐體四個面應相交于一點，交線長度（橫刃）≤0.005mm。

4．4 硬度計試驗力

硬度計在（1～98）N范圍內的各級試驗力，誤差為±8%、重復性≤10%。

4．5 硬度計的示值誤差及重復性

硬度計的示值誤差及其重復性應符合表 1

表 1 示值誤差及重復性

其中，維氏HV5和HV10兩個標尺的重復性為8%。

4．6 測量頭支撐架

    測量頭支撐架，應能穩固垂直地安裝測頭，高度可調，定位可靠，并能確保測量時所施加的試驗力延壓頭軸線方向進行。支撐架的試臺臺面應平整、光滑，在試驗過程中升降靈活、平穩，不會產生明顯的相對位移和旋動。

5  校準條件

5．1 環境溫度為（23±10）℃，相對濕度不大于85%。

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

5．3 周圍環境應無振動、無強磁干擾和無腐蝕性介質。

5．4 校準前硬度計及配套使用的計量器具，應在同一環境條件下放置至少一小時。

6 校準項目及校準方法

校準項目及使用儀器見表 2

表 2 校準項目及使用儀器表

6．1壓頭的校準

6. 1. 1壓頭的金剛石正方四棱錐體焊接質量應該在30X放大鏡下進行。在放大鏡下，軸向轉動壓頭測量桿，任意方向的觀測結果應符合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，應在50X及以上的工具顯微鏡下進行測量。

6. 1. 2. 1 將壓頭置于放大鏡下，軸線轉動測量桿，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。測量結果應符合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。任一測量的結果應符合4.2.3,誤差按公式（2）計算。

                                 （2）

式中：——錐體夾角測量值；

      ——標稱值。

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

6. 2 試驗力的校準

使用準確度不低于0.3級的測力儀器及百分表同時進行測量。

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至壓頭定位套端面的移動量。

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，緩慢施加試驗力，測量壓頭在上述移動量時的試驗力。測量結果應符合4.3。測量重復3次，測量的平均值、誤差、重復性W（%）按公式（3）、（4）、（5）計算：

                          （3）

式中：f1 f2 f3——試驗力測量值。

                       （4）

式中：f——試驗力測量平均值；

f0——試驗力標稱值。

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

由于超聲硬度計測量原理和結構的特殊性，此類硬度計不得單獨的使用，必須與標準硬度塊同時進行,因此該類硬度計的硬度示值校準實際是比較。

6．3. 1 硬度計的硬度示值校準必須是在裸機（即修正量為：0）的狀態下進行。

6．3. 2 硬度計的硬度示值校準必須在硬度計的測量、顯示部分連接好，開啟電源10min后進行。

6．3. 3 根據使用的需求，硬度示值的校準應至少選取2塊不同硬度范圍的標準塊。

6．3. 4. 1 校準時，使用測量頭支撐架以確保測量的硬度值準確可靠，所使用的標準硬度塊應黏附在較大的平臺上，以防測量過程中標準塊滑動。

先將固定在支撐架的測量壓頭置于標準硬度塊上，并平穩緩慢地下壓，推動壓頭向內壓縮移動至定位套端面，此時顯示器迅速記錄下所測量的硬度值。在標準塊上均勻分布測量5點，其平均值為該點硬度測量示值，平均值按公式（6）計算。

                     （6）

式中：H1、H2、H3、H4、H5——5點的測量示值

6．4 硬度示值誤差及其重復性

6．4. 1 硬度計示值的誤差是硬度計示值的平均值與標準塊的硬度值比較結果應符合表 1。誤差按公式（7）計算。

                         （7）

式中：H—— 硬度示值測量平均值；

H0 ——標準塊硬度值

6．4.2 硬度計示值的重復性是以測量5點數值計算的。測量結果應符合表 1，重復性Hef按公式（8）計算

                      （8）

式中：Hmzz  ——測量5點中硬度示值的zui大值；

      Hmin——測量5點中硬度示值的zui小值。

6．5 彈性模量輸入

如果使用標準塊的彈性模量沒有儲存在超聲硬度計中，則必須在校準前，將標準塊的彈性模量值輸入到超聲硬度計中，再進行校準。

7硬度示值的換算

7．1硬度計可以進行布氏、洛氏硬度換算時，可以增加轉換硬度示值的校準，校準時至少選取2塊不同硬度范圍的標準塊進行。

7. 2換算硬度示值的分辨力應符合表3

表3換算硬度示值的分辨力

7. 3換算硬度示值的誤差、重復性

對于換算硬度示值的誤差及重復性應符合表4

表4換算硬度示值的誤差及重復性

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

                                        （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點中硬度示值的zui大值；

      Hmin——測量5點中硬度示值的zui小值。

8 校準結果的表達

根據需要及用戶要求可分別對硬度計壓頭，試驗力及示值的校準。也可以只對硬度計的示值進行校準。

經過按本方法校準后的硬度計，應出具校準證書。并給出測量結果及測量不確定度。詳細內容格式見附錄A、B。

9 復校時間間隔

建議復校時間間隔不超過1年。用戶也可根據自己實際使用情況自主決定復校時間間隔。

附錄A

超聲硬度計校準記錄內頁格式

送檢單位                                       校準室溫   ℃  相對濕度    %

型號規格              出廠編號                     制造廠                    

使用計量標準器                             標準器證書編號                    

校準技術依據： JJF XXXX-201X              

校準性質：校準 □  后續校準 □  使用中檢驗 □       

一、 外觀：符合要求□；不符合要求□

二、壓頭幾何尺寸及狀況校準：

三、試驗力校準：

四、硬度示值校準：

五、校準證書號                   

校準員            核驗員             校準日期        年      月     日  校準周期     年

附錄B  

超聲硬度計校準證書內頁格式

證書編號

校 準 結 果

校準員：             核驗員：