我們又知道,材料硬度越高,受力后的壓痕面積越小,硬度越低,壓痕面積就越大。這時,我們來看看下面的公式:
式中,△f代表頻率變化量,Eeff代表彈性模量,A代表壓痕面積�!鱢=(Eeff,A),這個公式表示,△f與Eeff和A存在可計算的比例關(guān)系。而在前面講過,硬度值其實也是與力F和壓痕面積A存在可計算的比例關(guān)系,也就是圖中的HV=F/A。
維氏機產(chǎn)生的壓痕本來就很小,而壓痕邊緣的判定是由人來觀察的,難免出現(xiàn)錯誤。而振動棒的壓痕就更小,但頻率卻可以借由電路的計算精確得到,于是,如果我們知道某種材料的彈性模量,又測得了頻率,那我們完全可以借助換算關(guān)系用△f與Eeff來表示A、而不用去測量壓痕直徑。
這樣,如果力值事先設(shè)定(振動棒壓緊到材料表面,靠的就是壓緊彈簧——這是真的彈簧,而彈簧的壓緊力是可以事先設(shè)定的,這就是超聲波探頭有不同型號的緣故,其型號的不同,就是取決于彈簧壓緊力,有10N、20N,等等),那么,硬度值的公式完全可以轉(zhuǎn)化成:HV=F/(△f,Eeff),你看,根本不用費心去觀察壓痕了、也不用擔心“壓痕邊緣不清晰”所帶來的誤差了。
但是且慢,如果只是這樣的應(yīng)用,還是顯示不出超聲測硬度的好處,因為,不同材料,其彈性模量必定有差異,你得先把彈性模量給測出來——除非你事先知道。
那么怎么辦?正確的應(yīng)用應(yīng)該是這樣的:一種材料,應(yīng)事先做一個樣塊,先用臺式機打出值,然后,用超聲波硬度計也打一次值,根據(jù)臺式機打出的值,對超聲波硬度計進行標定,標定之后,只要是同種材料,就可以直接用超聲波硬度計打值了。
比如,樣塊值HV1=F/(△f1,Eeff),那么,只要是同種材料,硬度不同,HV2=F/(△f2,Eeff),F(xiàn)和Eeff相同,只要根據(jù)△f1和△f2的比例關(guān)系,就可以計算出HV2了。
所以,可以看出,超聲波硬度計和超聲波測厚儀是同樣的道理。
超聲波測厚儀是通過樣塊的已知厚度(這個已知厚度實際上也是事先由別的方式測得的)來確定某種材料的聲速,以后,只要是同種材料,直接測厚即可;
而超聲波硬度計則是通過樣塊的已知硬度(這個已知硬度由臺式機事先測得)來確定某種材料的彈性模量(但并不需要知道確切的數(shù),這一點,和測聲速有所不同),以后,只要是同種材料,直接打硬度即可。
超聲波測厚時,我們通常選個大致的聲速,如果誤差較大,則會反測聲速,同樣,超聲波硬度計也事先內(nèi)置了幾種材料的選項,如果你事先知道被測材料與這些內(nèi)置選項有差異,或者測值時誤差較大,那就要象前面提到的,以這種材料做標樣,進行標定,其實可以把這個過程理解為“反測彈性模量”。
常見的硬度試塊,對于超聲波硬度計有什么意義呢?那是用來較驗儀器本身的,而實測中的工件,未必與常見試塊相同,所以,不能說,在常見試塊上標定后就可以直接打?qū)崪y工件了。
關(guān)于這一點,我們還是借助超聲波測厚儀來理解。當你把超聲波測厚儀接上探頭,到計量院送檢合格后,你是不是能夠直接去測一個鋁塊?當然不行,因為,計量院的厚度塊不是鋁制件,你得想辦法查到、或者反測到鋁的聲速才能測量。粗晶材料,你可能還要換探頭,而換探頭,你還要對探頭零點較一次,然后才能測量。只不過,在很多情況下,被測件的材質(zhì)與計量用的標準厚度塊的材質(zhì),聲速相差不大,所以拿來就測,問題也不大,
同樣,超聲波硬度計也是如此,只不過,聲速變成了彈性模量,并且不用記錄出具體的彈性模量值。
好了,我們來總結(jié)一下:
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當彈性模量與內(nèi)置的材料選項相同、或者是事先針對材料做樣塊進行標定的前提下,超聲波硬度計可以實現(xiàn)快速、便捷的硬度測試,而不用擔心壓痕邊緣不規(guī)則或不清晰(其實,在布洛維的測試中,這種情況并不少見,通常是由于壓頭施力偏心或被測面受力不均引起的——壓頭與被測件的同軸度不好),也不用擔心薄壁管的里氏測量不準問題。
而一種材料,只需標定一次——這和反測材料的聲速類似。
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硬度越高,更適用。因為,硬度越高意味著兩根“彈簧”更容易達成“共振”。(這一點也跟超聲波測厚相似,晶粒越細密、排列越密實,則透聲性就好,測厚就越精確,因為反射信號越容易被準確地捕捉到)
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超聲測硬度的理論依據(jù)是毋庸置疑的,它也是評估力值和壓痕的關(guān)系,從這個角度講,它其實比里氏硬度計更符合傳統(tǒng)的力學(xué)測量概念。
所以,超聲波硬度計并不是只針對某些特殊情況或領(lǐng)域的,而是可以廣泛應(yīng)用的。
還是拿超聲波測厚來比照:卡尺能測厚的地方,超聲波測厚儀可以測,卡尺測不到的地方,超聲測厚儀也可以測。
同樣道理,布絡(luò)維里可以打的,超聲波硬度計可以打,布洛維里不方便打或不適合打的地方,你都可以想起超聲波硬度計來。關(guān)鍵是,針對具體應(yīng)用時,要幫助用戶去判斷其合理性、適用性。