從硬度測(cè)量新技術(shù)看我國(guó)硬度測(cè)量工作的發(fā)展趨向

王沛

摘 要：硬度測(cè)量工作的開展總是依賴于硬度測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步。本文在對(duì)硬度測(cè)量新技術(shù)簡(jiǎn)述的基礎(chǔ)上，對(duì)我國(guó)硬度測(cè)量工作的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)做出了總結(jié)和展望。

關(guān)鍵詞：硬度測(cè)量新技術(shù)；硬度測(cè)量工作；發(fā)展趨向

硬度測(cè)量技術(shù)最早可追溯至1722年，當(dāng)時(shí)法國(guó)物理學(xué)家列奧米爾率先提出了極其粗糙的劃痕硬度測(cè)量法。經(jīng)過幾百年的發(fā)展，人們逐步發(fā)明了如靜壓試驗(yàn)法、劃痕法、回跳法、切割法、犁槽法、磨損法等多種傳統(tǒng)硬度測(cè)量方法。在諸多傳統(tǒng)硬度測(cè)量方法中，以靜壓試驗(yàn)法發(fā)展的最為成熟，較為常見的如布氏、洛氏、維氏、努氏等測(cè)量方法均屬此種類型。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的日益發(fā)達(dá)，大量現(xiàn)代硬度測(cè)量新技術(shù)被發(fā)明并得以推廣應(yīng)用。

1 現(xiàn)代硬度測(cè)量新技術(shù)簡(jiǎn)述

整體來看，現(xiàn)代硬度測(cè)量新技術(shù)具有很多種，其中最具權(quán)威和代表性的主要有以下四種：

1.1 硬度測(cè)量法

在早期的顯微硬度測(cè)量中，采用的壓痕的負(fù)荷較為微小，得到壓痕對(duì)角線的長(zhǎng)度與壓痕負(fù)荷比率不為常數(shù)，但由于采用不同的微小壓痕負(fù)荷卻常常得到不同的試驗(yàn)結(jié)果，使得早期的顯微硬度測(cè)量缺乏可比性和可信度。但不少專家學(xué)者認(rèn)為，此種硬度測(cè)量方法由于簡(jiǎn)便易操作，在實(shí)際中仍有較高應(yīng)用價(jià)值，只是礙于條件所限，故不能精確測(cè)量。之后，隨著科技的進(jìn)步，納米技術(shù)出現(xiàn)，一些學(xué)者從壓痕尺寸效應(yīng)機(jī)理和現(xiàn)象出發(fā)，采用納米技術(shù)對(duì)顯微硬度測(cè)量技術(shù)做了進(jìn)一步的改進(jìn)試驗(yàn)，使顯微硬度測(cè)量得以精確。

1.2 巴氏噪聲硬度測(cè)量法

由于巴克豪森噪聲和磁聲發(fā)射技術(shù)的快速發(fā)展和成熟，巴氏噪聲硬度測(cè)量法得到廣泛研究和應(yīng)用。巴氏噪聲硬度測(cè)量法是基于巴克豪森噪聲效應(yīng)與磁聲發(fā)射技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的，試驗(yàn)中多采用鐵磁材料，其判別式為H=av+b。在試驗(yàn)中，巴克豪森噪聲和矯頑力會(huì)隨著鐵磁材料硬度的提高而降低。巴氏噪聲硬度測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)在于利用噪音效應(yīng)使試驗(yàn)中的測(cè)量材料做到無損，從而避免了如顯微硬度測(cè)量法中所造成的壓痕等弊點(diǎn)。

1.3 電磁硬度測(cè)量法

電磁硬度測(cè)量法一般采用鐵磁材料，由于鐵磁材料的硬度以及金相組織對(duì)電導(dǎo)率、矯頑力以及磁導(dǎo)率都有較為顯著的影響，因此，可根據(jù)電渦流檢測(cè)的原理，只要能準(zhǔn)確測(cè)量出磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率的一系列變化，就可以很好的把握到測(cè)量材料的硬度變化情況，從而得出測(cè)量材料的硬度值。

1.4 超聲硬度測(cè)量法

超聲硬度測(cè)量法是基于測(cè)量材料的硬度與其柔度系數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用測(cè)量材料與硬度計(jì)振桿諧振頻率的關(guān)系變化進(jìn)行測(cè)量，試驗(yàn)證明，這種關(guān)系變化呈單調(diào)函數(shù)規(guī)律。超聲硬度測(cè)量法的優(yōu)勢(shì)不僅涵蓋了巴氏噪聲硬度測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)，即避免了如顯微硬度測(cè)量法中所造成的壓痕弊點(diǎn)，同時(shí)不用測(cè)量任何幾何壓痕尺寸，而且是鑒別損壞材料的新方法。該方法易于應(yīng)用于生產(chǎn)線和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量。是目前國(guó)際上較為先進(jìn)和推廣價(jià)值較高的硬度測(cè)量方法。

2 我國(guó)目前硬度測(cè)量工作的現(xiàn)狀

我國(guó)的硬度計(jì)量是建立在國(guó)家硬度計(jì)量基準(zhǔn)之上的。新中國(guó)成立之后，先后建立了布氏硬度、洛氏硬度、表面洛氏硬度、維氏硬度、顯微維氏硬度、肖氏硬度、里氏硬度等硬度基準(zhǔn)。利用該基準(zhǔn)比對(duì)或檢定工作基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)硬度計(jì)，再檢定標(biāo)準(zhǔn)硬度塊，將標(biāo)準(zhǔn)硬度塊再用于檢定工作硬度計(jì)。這樣，標(biāo)準(zhǔn)硬度塊就將硬度基準(zhǔn)量值傳遞到工作硬度計(jì)，然后工作硬度計(jì)就可以投入于硬度試驗(yàn)中測(cè)量試樣材料的硬度值。由于工作硬度計(jì)都是建立在統(tǒng)一的基準(zhǔn)之上，既使不同的硬度計(jì)試驗(yàn)結(jié)果存在不同，但差異總是很小的，結(jié)果可以比較，具有可信性。

從國(guó)家硬度計(jì)基準(zhǔn)到工作硬度計(jì)，目前而言，機(jī)械式結(jié)構(gòu)仍占絕大多數(shù)，在量值傳遞中出現(xiàn)示值誤差在所難免，加上人為操作、環(huán)境條件等因素的差異影響，難以保證試驗(yàn)結(jié)果的完全一致。因此，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，高精度、高效率，結(jié)構(gòu)先進(jìn)、使用方便的硬度計(jì)量器具不斷出現(xiàn)，為科研及生產(chǎn)提供了更為準(zhǔn)確的測(cè)試手段。

3 從硬度測(cè)量新技術(shù)革新看我國(guó)硬度測(cè)量工作的發(fā)展趨向

現(xiàn)代制造技術(shù)的高度發(fā)達(dá)以及硬度測(cè)量技術(shù)的革新預(yù)示著將來測(cè)量工作必然向著在線化、自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。我國(guó)硬度計(jì)量工作的發(fā)展方向主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1 硬度試驗(yàn)過程的自動(dòng)化

隨著高靈敏度位移傳感器、CCD固體傳感器、數(shù)字電路、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)在硬度計(jì)量中的應(yīng)用，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了硬度試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)力的自動(dòng)化實(shí)施，硬度量值的數(shù)字化顯示，微機(jī)控制的試驗(yàn)過程自動(dòng)化的洛氏硬度計(jì)，還實(shí)現(xiàn)了維氏硬度試驗(yàn)壓痕掃描、壓痕圖像處理的全自動(dòng)化維氏、顯微硬度計(jì)。為高精度、高效率測(cè)量打下了良好基礎(chǔ)，相信在不久的將來，這種自動(dòng)化的硬度測(cè)試方法會(huì)越來越普及。

3.2 在線自動(dòng)測(cè)量

工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化已迅速發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制必須跟上。硬度試驗(yàn)只有在進(jìn)一步提高自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)的高效率，才能跟上工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的需要，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中的在線測(cè)量要求，確保產(chǎn)品質(zhì)量信息的及時(shí)獲取，控制產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

3.3 重視非金屬材料的硬度測(cè)量

橡膠、塑料、陶瓷、玻璃、復(fù)合材料等非金屬材料在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用日益增多，其硬度計(jì)量工作不可不重視，對(duì)促進(jìn)非金屬材料的發(fā)展和非金屬材料的應(yīng)用、產(chǎn)品的質(zhì)量控制是必要的。當(dāng)然目前已能對(duì)上述某些材料進(jìn)行硬度測(cè)量，但還不都，還必須給予重視。

3.4 發(fā)展硬度檢定測(cè)試技術(shù)，加強(qiáng)硬度量值管理

新型材料的不斷出現(xiàn)和發(fā)展需要新的硬度測(cè)試手段，特別是我國(guó)加入WTO后，必須遵守國(guó)際產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，硬度計(jì)量測(cè)試工作必須與之相適應(yīng)，硬度計(jì)量工作肩負(fù)的責(zé)任重大，我們必須發(fā)展、改進(jìn)我們現(xiàn)有硬度計(jì)量工作的不足，積極開發(fā)新的測(cè)試方法，以適應(yīng)時(shí)代的要求。根據(jù)國(guó)家硬度計(jì)量量值傳遞的要求，加強(qiáng)硬度計(jì)量量值管理是保證全國(guó)硬度量值準(zhǔn)確一致的關(guān)鍵，必須維護(hù)好基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具、適當(dāng)進(jìn)行必要的技術(shù)改造，提高其準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。加強(qiáng)示值管理，組織示值比對(duì)，盡量減少量值傳遞中的誤差，達(dá)到示值準(zhǔn)確一致。

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