超聲波硬計(jì)簡(jiǎn)要介紹及趨勢(shì)分析第1頁(yè)/共36頁(yè)關(guān)于材料的“度”？長(zhǎng)度、寬度、高度、厚度、圓度、錐度;濕度、溫度、硬度、強(qiáng)度、楊氏彈性模量第2頁(yè)/共36頁(yè)什么是金屬的硬度？為什么要進(jìn)行硬度試驗(yàn)？常見(jiàn)的硬度計(jì)有哪些種類？傳統(tǒng)硬度計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)：誰(shuí)發(fā)明了超聲波硬度計(jì)和當(dāng)前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)什么是超聲波和楊氏彈性模量？超聲波硬度計(jì)的測(cè)試原理當(dāng)前超聲波硬度計(jì)的主流品牌及型號(hào)有哪些？中國(guó)超聲波硬度計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀中旺超聲波硬度計(jì)SU100的產(chǎn)品性能和特點(diǎn)超聲波硬度計(jì)的使用注意事項(xiàng)超聲波硬度計(jì)的校正方法超聲波硬度計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)目錄第3頁(yè)/共36頁(yè)

硬度是金屬材料力學(xué)性能中最常用的一個(gè)性能指標(biāo)。

硬度檢測(cè)又是最迅速最經(jīng)濟(jì)的一種試驗(yàn)方法。但是對(duì)于金屬材料的硬度，至今國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有一個(gè)包括所有試驗(yàn)方法在內(nèi)的統(tǒng)一而明確的定義。一般說(shuō)來(lái)，金屬的硬度常被認(rèn)為是：材料對(duì)壓入塑性變形，劃痕，磨損或切削等的抗力。

對(duì)于壓入法來(lái)講，也被認(rèn)為是：材料在一定條件下抵抗另一本身不發(fā)生殘余變形物體壓入的能力。之所以存在上述兩種說(shuō)法，是因?yàn)椤坝捕取北旧聿皇且粋€(gè)簡(jiǎn)單物理常數(shù)。它是一個(gè)不僅決定于所研究材料本身的宏觀與微觀條件（如宏觀的變形程度，冷熱加工條件，微觀的金屬晶體點(diǎn)陣類型、晶格常數(shù)和原子間的結(jié)合力等），而且也決定于測(cè)試的特征和條件量?？梢赃@么說(shuō)，對(duì)于被檢測(cè)的材料而言，硬度是代表著在這一定的壓頭和力的作用下所反應(yīng)的彈性、塑性、塑性形變強(qiáng)化率、強(qiáng)度、韌性以及抗摩擦性能等一系列不同物理量的綜合性能指標(biāo)。例如，將同樣尺寸、相同材質(zhì)的壓頭以同樣大小的試驗(yàn)力分別壓在鐵和銅的表面上，去掉試驗(yàn)力后看到鐵被壓入的壓痕深度淺，而銅被壓入的壓痕深度深，這表面鐵的形變抗力比銅的形變抗力大，即鐵比銅硬。而實(shí)質(zhì)上在這一比較中，還包括了兩種材料的不同彈性、塑性、塑性形變形能力和形變強(qiáng)化率等因素在內(nèi)。另外，試驗(yàn)方法不同，硬度值的含義也不相同。例如布氏硬度試驗(yàn)，是比較不同材料單位面積上所受抗力的大小，而洛氏硬度沒(méi)有量綱，只是在使用同一標(biāo)尺條件下，以數(shù)值的大小來(lái)比較硬度值的高低。因此，用更準(zhǔn)確的定義去更科學(xué)的反應(yīng)出硬度的客觀實(shí)質(zhì)，還有待于人們從實(shí)驗(yàn)中和對(duì)金屬宏觀和微觀結(jié)構(gòu)的深入研究中去獲得。盡管如此，在不同試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，正確應(yīng)用試驗(yàn)原理和試驗(yàn)條件，得出的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)于各行各業(yè)正確使用金屬材料、監(jiān)視工藝的正確性、判定產(chǎn)品品質(zhì)以及在科學(xué)試驗(yàn)中均有重大的實(shí)際意義。

1.1什么是金屬的硬度？

第4頁(yè)/共36頁(yè)為什么要進(jìn)行硬度試驗(yàn)？金屬的硬度隨冷加工變形程度的增大而提高，又隨退火而使材料發(fā)生恢復(fù)再結(jié)晶的程度的增加而降低。時(shí)效強(qiáng)化型合金的硬度與采用的各種熱處理工藝所引起的組織變化有關(guān)。如可強(qiáng)化鋁合金的熱處理工藝與硬度的關(guān)系見(jiàn)圖1-2.第5頁(yè)/共36頁(yè)

硬度測(cè)試能敏感反映材料如下幾方面的差異：一、化學(xué)成分；二、組織機(jī)構(gòu)；三、處理工藝因此硬度測(cè)試方法在檢驗(yàn)原材料、監(jiān)督熱處理工藝正確性以及在研究固態(tài)相變過(guò)程和研究新材料、新合金中被廣泛加以利用。1.2硬度試驗(yàn)的作用和特點(diǎn):第6頁(yè)/共36頁(yè)硬度計(jì)名稱布氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì)維式硬度計(jì)顯微硬度計(jì)里氏硬度計(jì)邵氏硬度計(jì)巴氏硬度計(jì)韋氏硬度計(jì)典型圖片標(biāo)尺符合HBWHRA,HRB,HRC,HR45THVHVHLHSHBaHW試驗(yàn)力(Kg)62.5,100,125,187.5,250,500,750,1000,1500,300015,30,45;60,100,1505,10,20,30,50,100,12010、25、50、100、200、300、500、1000,2000gfHL=1000Vr/VaHS(C,D)=K*h2/h1.Hba=100-L/0.0076HW=20-L/0.01計(jì)算公式HBW=F/AHR=N-h/sHV=F/AHV=F/AHL=1000Vr/VaHS(C,D)=K*h2/h1.Hba=100-L/0.0076HW=20-L/0.01類型臺(tái)式/便攜式臺(tái)式/便攜式臺(tái)式臺(tái)式便攜式便攜式便攜式便攜式2.常見(jiàn)的硬度計(jì)有哪些種類？第7頁(yè)/共36頁(yè)布洛維硬度計(jì)在同一式樣上測(cè)試后的壓痕第8頁(yè)/共36頁(yè)3.1）常規(guī)臺(tái)式硬度計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)？常規(guī)的臺(tái)式硬度計(jì)有布氏硬度計(jì)、洛氏硬度計(jì)、維式硬度計(jì)、顯微維式硬度計(jì)、布洛維硬度計(jì)、萬(wàn)能硬度計(jì)等臺(tái)式機(jī)。臺(tái)式機(jī)由于采用標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試原理進(jìn)行制造而成，因此測(cè)試精度高，但是由于比較笨重，沒(méi)有便攜性可言，不適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。并且一個(gè)測(cè)試流程耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，比如洛氏的測(cè)試時(shí)間是在30秒，維式是在50秒，布氏大約80秒，不適合于快速的批量測(cè)量。而且產(chǎn)生的測(cè)試壓痕較大，通常只能抽樣測(cè)量，不適用于全檢測(cè)量。3.傳統(tǒng)硬度計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)：

第9頁(yè)/共36頁(yè)3.2）常規(guī)便攜式硬度計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)？常見(jiàn)的便攜式硬度計(jì)有里氏硬度計(jì)、邵氏硬度計(jì)、便攜布氏硬度計(jì)、錘擊式布氏硬度計(jì)、便攜洛氏硬度計(jì)、巴士硬度計(jì)、韋氏硬度計(jì)。便攜布氏硬度計(jì)、錘擊式布氏硬度計(jì)、便攜洛氏硬度計(jì)采用的直接測(cè)量的方法獲取硬度值，因此也存在壓痕大，測(cè)試流程長(zhǎng)的缺點(diǎn)。邵氏硬度計(jì)主要應(yīng)用于測(cè)量橡膠、塑料、海綿及泡棉等非金屬材料，近年來(lái)也出現(xiàn)了新的邵氏標(biāo)尺也可測(cè)量金屬的硬度，但還普及程度還有待提高。巴士硬度計(jì)、韋氏硬度計(jì)主要用來(lái)測(cè)試鋁、銅、軟鋼及較軟的金屬材料硬度。通常大家指的便攜式硬度計(jì)是里氏硬度計(jì)，里氏硬度計(jì)由于價(jià)格低，操作簡(jiǎn)單，測(cè)試速度快，因此市場(chǎng)的保有量比較大，但由于采用的是彈跳式測(cè)量法，對(duì)式樣的質(zhì)量和厚度大小有一定要求，比如小于5KG的式樣需要固定或者偶合后才能測(cè)量，并且測(cè)量的誤差比較大。第10頁(yè)/共36頁(yè)有沒(méi)有一種硬度計(jì)既能達(dá)到臺(tái)式硬度計(jì)的測(cè)量精度，又便于攜帶，方便現(xiàn)場(chǎng)操作？有沒(méi)有一種硬度計(jì)能縮短測(cè)試的時(shí)間，但又有高精度的硬度測(cè)量？有沒(méi)有一種硬度計(jì)能不能不要有太大的壓痕,又能達(dá)到測(cè)量的要求？我們面臨的問(wèn)題和困惑第11頁(yè)/共36頁(yè)如果您面臨上述的硬度測(cè)量困惑，我們向您推薦超聲波硬度計(jì)。您所困惑的幾個(gè)問(wèn)題，超聲波硬度計(jì)都能幫您解決掉。超聲波硬度計(jì)

（ULTRASONICHardnessTester)第12頁(yè)/共36頁(yè)4.2目前執(zhí)行的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有哪些？目前超聲波硬度計(jì)執(zhí)行的主要標(biāo)準(zhǔn)有:德國(guó)的DIN50159-1-2008;美國(guó)的ASTM-A1038-2005

4.1誰(shuí)發(fā)明了超聲波硬度計(jì)？

1961年Dr.ClausKleesattel(1917-2003)發(fā)明了UCI(UltrasonicContactImpedance)法—超聲接觸阻抗法來(lái)快速比較測(cè)量金屬材料的硬度。

第13頁(yè)/共36頁(yè)當(dāng)物體振動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出聲音。科學(xué)家們將每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。我們?nèi)祟惗淠苈?tīng)到的聲波頻率為20～20K赫茲。當(dāng)聲波的振動(dòng)頻率大于20K赫茲或小于20赫茲時(shí)，我們便聽(tīng)不見(jiàn)了。因此，我們把頻率高于20K赫茲的聲波稱為“超聲波”。超聲波具有方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。可用于測(cè)距，測(cè)速，清洗，焊接，碎石等。在醫(yī)學(xué),軍事,工業(yè),農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。

理論研究表明,在振幅相同的條件下,一個(gè)物體振動(dòng)的能量與振動(dòng)頻率成正比,超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率很高,因而能量很大。5.什么是超聲波？

第14頁(yè)/共36頁(yè)5.1超聲波參數(shù)與應(yīng)用如何產(chǎn)生超聲波：機(jī)械振動(dòng)（壓電晶片）；正壓電效應(yīng)：陶瓷材料在外力作用下產(chǎn)生形變時(shí)，晶體中就會(huì)產(chǎn)生極化或電場(chǎng)，這種效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。(用來(lái)接收超聲波)逆壓電效應(yīng)：當(dāng)壓電晶片受發(fā)射電脈沖激勵(lì)后產(chǎn)生振動(dòng)，即可發(fā)射聲脈沖，這種效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。(用來(lái)發(fā)射超聲波）參數(shù)：20KHZ<f<70KHZ，

T---重復(fù)周期，

f=1/T----頻率，

A---振幅。（在A相同的條件下，一個(gè)物體振動(dòng)的能量與振動(dòng)頻率成正比）應(yīng)用：醫(yī)學(xué)（B超，成像等），檢測(cè)（測(cè)厚，測(cè)距，缺陷檢測(cè)等），處理（超聲焊接，去鍋垢、清洗等）第15頁(yè)/共36頁(yè)楊氏模量(Young'smodulus)是表征在彈性限度內(nèi)物質(zhì)材料抗拉或抗壓的物理量，它是沿縱向的彈性模量，也是材料力學(xué)中的名詞。1807年因英國(guó)醫(yī)生兼物理學(xué)家托馬斯·楊(ThomasYoung,1773-1829)所得到的結(jié)果而命名。根據(jù)胡克定律，在物體的彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比值被稱為材料的楊氏模量，它是表征材料性質(zhì)的一個(gè)物理量，僅取決于材料本身的物理性質(zhì)。楊氏模量的大小標(biāo)志了材料的剛性，楊氏模量越大，越不容易發(fā)生形變。楊氏彈性模量是選定機(jī)械零件材料的依據(jù)之一是工程技術(shù)設(shè)計(jì)中常用的參數(shù)。楊氏模量的測(cè)定對(duì)研究金屬材料、光纖材料、半導(dǎo)體、納米材料、聚合物、陶瓷、橡膠等各種材料的力學(xué)性質(zhì)有著重要意義，還可用于機(jī)械零部件設(shè)計(jì)、生物力學(xué)、地質(zhì)等領(lǐng)域。測(cè)量楊氏模量的方法一般有拉伸法、梁彎曲法、振動(dòng)法、內(nèi)耗法等，還出現(xiàn)了利用光纖位移傳感器、莫爾條紋、電渦流傳感器和波動(dòng)傳遞技術(shù)（微波或超聲波）等實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法測(cè)量楊氏模量5.3什么是楊氏彈性模量?第16頁(yè)/共36頁(yè)6.超聲波硬度計(jì)的測(cè)試原理6.1維式壓人法測(cè)量材料硬度的示意圖在均勻的接觸壓力下，UCI傳感器振動(dòng)桿的諧振頻率隨接觸面積的變化而變化。第17頁(yè)/共36頁(yè)6.1超聲波硬度計(jì)壓頭示意圖超聲波硬度計(jì)采用維式壓頭及測(cè)試原理，只是測(cè)量面積的方法不是用光學(xué)測(cè)量法，而是用電子測(cè)量法。第18頁(yè)/共36頁(yè)6.2超聲波硬度計(jì)理論計(jì)算公式第19頁(yè)/共36頁(yè)6.3超聲波硬度計(jì)探頭原理示意圖第20頁(yè)/共36頁(yè)6.4UCI測(cè)量法：硬度與頻率變化曲線圖第21頁(yè)/共36頁(yè)7.當(dāng)前超聲波硬度計(jì)的主流品牌及型號(hào)有哪些？品牌KK/GE(Krautkramer)BAQAlphaNewSonicJFE(川鐵)METSautronSinowon產(chǎn)地德國(guó)德國(guó)德國(guó)日本俄羅斯烏克蘭中國(guó)主要型號(hào)MIC-10;MIC-20alphaDUR-IIUCISonoDurSH21MET-U1AHandytestUCI1500SU100產(chǎn)品圖片備注：超聲波硬度計(jì)的生產(chǎn)大國(guó)為德國(guó)，核心技術(shù)只被來(lái)自德國(guó)、日本、俄羅斯的幾個(gè)公司掌握。第22頁(yè)/共36頁(yè)20世紀(jì)80初，超聲波硬度計(jì)儀器從國(guó)外傳人我國(guó)，國(guó)內(nèi)的一些高校開(kāi)始對(duì)超聲波硬度計(jì)的原理進(jìn)行研究，通過(guò)校企合作等方式，研發(fā)出國(guó)產(chǎn)第一代的超聲波硬度計(jì)。第一代超聲波硬度計(jì)只具備歐美80年代末的技術(shù)水平，精度低、故障高，實(shí)用性較差，在市場(chǎng)上沒(méi)有得到大量的普及。90年代，21世紀(jì)初，中國(guó)的高端用戶還是靠進(jìn)口德國(guó)和日本的超聲波硬度計(jì)來(lái)解決需求問(wèn)題。21世紀(jì)的第二個(gè)十年，國(guó)內(nèi)的幾個(gè)廠商開(kāi)始與俄羅斯、烏克蘭的廠商合作，進(jìn)口超聲波測(cè)頭，自行開(kāi)發(fā)顯示終端，但由于超聲波硬度計(jì)的探頭才是整個(gè)儀器的核心技術(shù)，無(wú)法對(duì)德國(guó)、日本等主要廠商產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的挑戰(zhàn)。中旺儀器技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過(guò)與德國(guó)專家的合作，通過(guò)5年的辛勤研發(fā)和測(cè)試，完全掌握了超聲波硬度計(jì)探頭核心科技，依托中國(guó)大陸強(qiáng)大的生產(chǎn)制造能力，在2012年開(kāi)發(fā)出新一代的超聲波硬度計(jì)SU100。8.中國(guó)超聲波硬度計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀:

第23頁(yè)/共36頁(yè)9.中旺超聲波硬度計(jì)SU100的產(chǎn)品性能和特點(diǎn)第24頁(yè)/共36頁(yè)第25頁(yè)/共36頁(yè)1）對(duì)被測(cè)工件表面無(wú)損傷、操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性好、測(cè)試精度高；2）選配測(cè)試支架對(duì)成品小工件批量檢測(cè)速度快、操作簡(jiǎn)便、測(cè)試精度高；3）可以檢測(cè)金屬薄片、金屬薄層（包括滲氮層、滲碳層、電鍍層）小件、異形件、不可移動(dòng)的大型工件等；4）布、洛、維三種制式轉(zhuǎn)換；5）可對(duì)硬度值分布不均勻的被測(cè)工件做多點(diǎn)累計(jì)求平均值；6）可手持測(cè)頭直接對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)。SU-100產(chǎn)品特點(diǎn)：第26頁(yè)/共36頁(yè)10.1試樣的制備—試驗(yàn)力（也就是探頭的選擇）和材料的表面粗糙度有關(guān)。光滑、均一的表面可以用小負(fù)荷，粗糙表面的負(fù)荷則應(yīng)盡量增大。表面雜質(zhì)必須去除，無(wú)油無(wú)塵，并且粗糙度不能超過(guò)壓痕深度的30%（Ra≤0.3×h）其中特定硬度（HV）和負(fù)荷（N）下，維氏金剛石壓頭的壓痕深度見(jiàn)公式2。

公式2表1提供了適合特定UCI維氏探頭的最小表面粗糙度，如果需要表面處理，注意不要因?yàn)檫^(guò)熱或冷作硬化改變表面硬度。任何油漆、污垢或其他表面覆蓋物均需完全清除。表面質(zhì)量不好會(huì)導(dǎo)致示值不穩(wěn)定，粗糙表面往往會(huì)降低測(cè)量值。表1：不同試驗(yàn)力的對(duì)式樣表面的粗糙度要求：

10.超聲波硬度計(jì)的使用注意事項(xiàng)

測(cè)試負(fù)荷98N50N10N3NRa≤15μm≤10μm≤5μm≤2.5μm第27頁(yè)/共36頁(yè)10.2最小厚度:較大材料的薄鍍層或表面層必須達(dá)到最小厚度，即凹痕深度的十倍（維氏凹痕見(jiàn)圖3）。符合：Smin=10×h圖3在1N到98N的不同負(fù)荷下，維氏金剛石的壓痕深度第28頁(yè)/共36頁(yè)10.3最小厚度:樣品厚度小于15mm時(shí)，若發(fā)生共振，示值會(huì)明顯改變，例如薄片和管子。多數(shù)擾動(dòng)是振動(dòng)端激起的彈性振動(dòng)，應(yīng)使用合適的方法抑制?？梢詫⒃嚇诱吃诖筚|(zhì)量金屬塊上，膠和油膜都可以阻止彈性波，但是建議有至少2~3mm的厚度。

10.4振動(dòng)的影響：

UCI法的基礎(chǔ)是測(cè)量頻率改變，低于300g的零件會(huì)發(fā)生振動(dòng)，導(dǎo)致錯(cuò)誤或者不確定的結(jié)果。質(zhì)量小于最小質(zhì)量或者部分厚度小于最小厚度的試樣需要?jiǎng)傂灾危詈系胶竦拇筚|(zhì)量剛體表面來(lái)抵抗UCI探頭的振動(dòng)。缺乏合適的支撐或耦合會(huì)導(dǎo)致或高或低的結(jié)果。第29頁(yè)/共36頁(yè)

10.6溫度：

試樣溫度也可能影響UCI法測(cè)量的結(jié)果。但是，如果探頭僅在測(cè)量時(shí)暴露于高溫中，即使高于室溫也可進(jìn)行測(cè)量，不會(huì)影響超聲波硬度計(jì)儀器的性能。10.5表面曲率：

帶曲面試樣的凹面和凸面都可以進(jìn)行測(cè)量，需要與曲率半徑相配的探頭和探頭附件來(lái)保證垂直。第30頁(yè)/共36頁(yè)11.1為其他材料校準(zhǔn)

準(zhǔn)備特定材料的式樣在工作機(jī)上測(cè)定硬度值，其硬度值可由常規(guī)臺(tái)式硬度計(jì)如維氏、布氏或洛氏中的一種確定，見(jiàn)ASTMA370。

校準(zhǔn)平均硬度值至少需要5個(gè)讀數(shù)。在被測(cè)材料上進(jìn)行至少5次UCI測(cè)量。將顯示的平均硬度值調(diào)整到先前測(cè)得的硬度值，即可得出校準(zhǔn)值，從而在希望的硬度標(biāo)尺和范圍內(nèi)測(cè)量此種材料的硬度。對(duì)于不同材料的硬度檢測(cè)，SU100允許存儲(chǔ)20組的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，需要的時(shí)候調(diào)用即可。11.超聲波硬度計(jì)的校正方法第31頁(yè)/共36頁(yè)11.2UCI與HV硬度測(cè)試方法對(duì)比:

與傳統(tǒng)小負(fù)荷硬度測(cè)試相比，UCI法用電子而非光學(xué)的方法評(píng)價(jià)凹痕尺寸。UCI法依賴于測(cè)定彈性模量，是一種比較測(cè)量法。

移除負(fù)荷后，使用維氏金剛石的UCI探頭壓出的凹痕與同負(fù)荷下常規(guī)臺(tái)式維氏測(cè)試中的凹痕幾乎一致。

按照ASTME92的規(guī)定加載，且使用了維式U