超声维氏硬度计校准规范

1 范围

本校准规范适用于超声维氏硬度计（下简称硬度计）的校准。

2 引用文件

本规范引用下列文件：

GB/T 12604.1-2005/ISO 5577:2000 无损检测术语 超声检测

JB/T 9377-2010 超声硬度计 技术条件

ASTM A 10380-2005 美国材料和试验协会 使用超声接触阻抗法

DIN50159-2 德国标准委员会   金属材料—硬度检测，根据超声UCI 第2部分：硬度检测仪的检测和校准

使用本规范时，应注意使用上述引用文件的现行有效版本。

3 概述

超声硬度计测量基本原理，是将焊有金刚石棱锥体压头的振动杆，激励到其自由振荡频率，当压头以恒定载荷与被测物垂直接触时，产生共振，并利用这个谐振频率表示被测物的硬度值。即频率变化值可以通过压电陶瓷转换成电压信号，再根据材料的弹性模量，算出被测物的硬度值，并可换算其他硬度。

见如下公式：

              （1）

式中：: 压痕面积；：弹性模量；: 频率变化量； 

：函数符号；：维氏硬度；：压头相对面夹角136º；

 ：试验力

4 计量特性

4．1 外观

硬度计上应标明硬度计型号、出厂编号、制造厂及制造日期等。

4．2硬度计的分辨力

硬度计的硬度示值zui小分辨力：数字式≤1HV（UCI）、指针式≤20HV（UCI）注：UCI为超声硬度阻抗。

4．3 压头

压头由金刚石正方四棱锥体和压头测量杆组成。

4．3．1金刚石正方四棱锥体牢固地焊接在压头测量杆的前端顶部，焊接处不得有裂纹、夹渣和气泡。压头测量杆推动时应灵活，不应存在明显的弯曲和滞留、摩擦的影响。

4．3．2压头金刚石正方四棱锥体轴线与压头测量杆轴线的同轴度≤0.2mm

4．3．3棱锥体相对面夹角为136 º±0.5º。

4．3．4棱锥体四个面应相交于一点，交线长度（横刃）≤0.005mm。

4．4 硬度计试验力

硬度计在（1～98）N范围内的各级试验力，误差为±8%、重复性≤10%。

4．5 硬度计的示值误差及重复性

硬度计的示值误差及其重复性应符合表 1

表 1 示值误差及重复性

其中，维氏HV5和HV10两个标尺的重复性为8%。

4．6 测量头支撑架

    测量头支撑架，应能稳固垂直地安装测头，高度可调，定位可靠，并能确保测量时所施加的试验力延压头轴线方向进行。支撑架的试台台面应平整、光滑，在试验过程中升降灵活、平稳，不会产生明显的相对位移和旋动。

5  校准条件

5．1 环境温度为（23±10）℃，相对湿度不大于85%。

5．2 使用交流电源时，电源电压的波动在220V±10%范围内。使用直流电源时，为能满足完成测量，电池组电压不低于额定电压的85%。

5．3 周围环境应无振动、无强磁干扰和无腐蚀性介质。

5．4 校准前硬度计及配套使用的计量器具，应在同一环境条件下放置至少一小时。

6 校准项目及校准方法

校准项目及使用仪器见表 2

表 2 校准项目及使用仪器表

6．1压头的校准

6. 1. 1压头的金刚石正方四棱锥体焊接质量应该在30X放大镜下进行。在放大镜下，轴向转动压头测量杆，任意方向的观测结果应符合4.2.1。

6. 1. 2 压头锥体同轴度及棱锥体相对面夹角的测量，应在50X及以上的工具显微镜下进行测量。

6. 1. 2. 1 将压头置于放大镜下，轴线转动测量杆，分别在两对棱线或两对棱面的位置上测量压头棱锥体轴线与压头测量杆的轴线，两轴轴线zui大差值为金刚石棱锥体与测量杆的同轴度。测量结果应符合4.2.2

6. 1. 2. 2 将压头置于放大镜下,分别测量两相对棱的夹角，并换算成棱锥体相对面夹角。任一测量的结果应符合4.2.3,误差按公式（2）计算。

                                 （2）

式中：——锥体夹角测量值；

      ——标称值。

6. 1. 3. 压头棱锥体四个面相交的线的长度（横刃），应使用准确度不低于±（0.2+4L）/1000mm的400X以上显微镜进行测量。将压头置于显微镜下，轴向转动测量杆，分别测量两对相交面，其中两相交面距离的长度zui大测量结果应符合4.2.4。

6. 2 试验力的校准

使用准确度不低于0.3级的测力仪器及百分表同时进行测量。

6. 2. 1 将压头测量杆安装在测量支架上，在压头及百分表的同一平面下放置一钢块，下降压头或上升工作台使钢块上升，测量压头棱锥体端点至压头定位套端面的移动量。

6. 2. 2 卸下压头定位套，将测力仪置于压头下方，下降压头或上升工作台，缓慢施加试验力，测量压头在上述移动量时的试验力。测量结果应符合4.3。测量重复3次，测量的平均值、误差、重复性W（%）按公式（3）、（4）、（5）计算：

                          （3）

式中：f1 f2 f3——试验力测量值。

                       （4）

式中：f——试验力测量平均值；

f0——试验力标称值。

W =×100%                （5）

式中：f max——3次测量中的zui大值；

f min——3次测量中的zui小值；

—— 3次测量中的平均值。

6．3 硬度示值的校准

由于超声硬度计测量原理和结构的特殊性，此类硬度计不得单独的使用，必须与标准硬度块同时进行,因此该类硬度计的硬度示值校准实际是比较。

6．3. 1 硬度计的硬度示值校准必须是在裸机（即修正量为：0）的状态下进行。

6．3. 2 硬度计的硬度示值校准必须在硬度计的测量、显示部分连接好，开启电源10min后进行。

6．3. 3 根据使用的需求，硬度示值的校准应至少选取2块不同硬度范围的标准块。

6．3. 4. 1 校准时，使用测量头支撑架以确保测量的硬度值准确可靠，所使用的标准硬度块应黏附在较大的平台上，以防测量过程中标准块滑动。

先将固定在支撑架的测量压头置于标准硬度块上，并平稳缓慢地下压，推动压头向内压缩移动至定位套端面，此时显示器迅速记录下所测量的硬度值。在标准块上均匀分布测量5点，其平均值为该点硬度测量示值，平均值按公式（6）计算。

                     （6）

式中：H1、H2、H3、H4、H5——5点的测量示值

6．4 硬度示值误差及其重复性

6．4. 1 硬度计示值的误差是硬度计示值的平均值与标准块的硬度值比较结果应符合表 1。误差按公式（7）计算。

                         （7）

式中：H—— 硬度示值测量平均值；

H0 ——标准块硬度值

6．4.2 硬度计示值的重复性是以测量5点数值计算的。测量结果应符合表 1，重复性Hef按公式（8）计算

                      （8）

式中：Hmzz  ——测量5点中硬度示值的zui大值；

      Hmin——测量5点中硬度示值的zui小值。

6．5 弹性模量输入

如果使用标准块的弹性模量没有储存在超声硬度计中，则必须在校准前，将标准块的弹性模量值输入到超声硬度计中，再进行校准。

7硬度示值的换算

7．1硬度计可以进行布氏、洛氏硬度换算时，可以增加转换硬度示值的校准，校准时至少选取2块不同硬度范围的标准块进行。

7. 2换算硬度示值的分辨力应符合表3

表3换算硬度示值的分辨力

7. 3换算硬度示值的误差、重复性

对于换算硬度示值的误差及重复性应符合表4

表4换算硬度示值的误差及重复性

7. 3.1换算硬度示值的平均值按公式（6）计算、误差、重复性Hef，布氏按公式（7）、（8）计算，洛氏按（9）、（10）计算

                                        （9）

式中：——硬度示值测量平均值；

      ——硬度块硬度值。

                              （10）

式中：Hmzz  ——测量5点中硬度示值的zui大值；

      Hmin——测量5点中硬度示值的zui小值。

8 校准结果的表达

根据需要及用户要求可分别对硬度计压头，试验力及示值的校准。也可以只对硬度计的示值进行校准。

经过按本方法校准后的硬度计，应出具校准证书。并给出测量结果及测量不确定度。详细内容格式见附录A、B。

9 复校时间间隔

建议复校时间间隔不超过1年。用户也可根据自己实际使用情况自主决定复校时间间隔。

附录A

超声硬度计校准记录内页格式

送检单位                                       校准室温   ℃  相对湿度    %

型号规格              出厂编号                     制造厂                    

使用计量标准器                             标准器证书编号                    

校准技术依据： JJF XXXX-201X              

校准性质：校准 □  后续校准 □  使用中检验 □       

一、 外观：符合要求□；不符合要求□

二、压头几何尺寸及状况校准：

三、试验力校准：

四、硬度示值校准：

五、校准证书号                   

校准员            核验员             校准日期        年      月     日  校准周期     年

附录B  

超声硬度计校准证书内页格式

证书编号

校 准 结 果

校准员：             核验员：