使用超声接触阻抗 (UCI) 方法增强材料分析能力。了解这种创新技术如何提供精确的硬度测量,即使是杨氏模量不同的材料也不例外。
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导言
使用超声波接触阻抗 (UCI) 方法测量非标准材料的硬度时,如果与弹性模量(杨氏模量)为 210 GPa 的标准钢材存在显著差异,就会导致测量结果不准确。这是因为 UCI 技术依赖于被测材料的弹性特性。在本文中,我们将解释传统台式维氏方法和 UCI 方法的基本原理。我们还将讨论为什么在对标准钢以外的材料进行测量时必须谨慎。通过了解和应用适当的修正,您可以快速有效地获得可靠的结果。因此,如果您曾经使用 UCI 设备测量过铝材上的 600 HV,那么这篇文章就是为您准备的。
台式维氏方法
在台式维氏硬度测试中,在特定载荷下将具有精确金字塔几何形状(相对刻面之间成 136°,或相对边缘之间成 148.11°)的金刚石压头压入材料中。这一动作会产生一个方形压痕。然后通过确定两个对角线的长度,在显微镜下测量压痕的大小。维氏硬度值 (HV) 的计算方法是用外力除以压痕的表面积。
这种方法依赖于光学测量,由于需要进行显微分析,因此可能比较耗时。
UCI 方法 UCI 方法使用相同的金刚石压头,但安装在振动杆上,振动杆的共振频率为超声波。当金刚石压头压入材料时,压痕和金刚石之间的表面接触会改变共振频率。 压痕越大,频率变化越大。UCI 方法不是用光学方法测量压痕的对角线,而是利用频率变化即时计算硬度值。
然而,共振频率也与材料的弹性特性密切相关,市场上所有设备的标准校准都设定为杨氏模量(E,也称弹性模量)为 210 GPa 的钢和铸钢。这意味着,如果您测量的任何材料的 E 模量与 210 GPa 不同,而仪器却 "认为 "它是标准材料,您将得到错误的测量结果。E 模量相差越大,误差就越大。因此,如果您用 UCI 方法测量铝,得到的结果是 500-600 HV,这很可能就是问题所在。下表总结了两种方法最重要的测量特征。
一般的经验法则是将测试材料限制在杨氏模量为 杨氏模量偏差不超过 ±10 GPa的材料。但是,这并不能保证测量结果没有偏差。以 T/P91 钢的平均杨氏模量为 212-218GPa(本例中为 218GPa)。.这属于可接受的范围,但固定维氏硬度测试得出的硬度可能为 185 HV而 UCI 探头可能显示 165-170 HV取决于制造商。乍一看,这似乎是可以接受的,但高达 11%可能远远超出所有标准公差。
必须考虑到这些偏差,因为忽略这些偏差可能会导致低估或高估硬度,从而可能影响被测材料的安全或质量;缺乏调整可能会使脆性材料看起来安全,反之亦然。需要注意的是,这种偏差尚未考虑用户误差(如测量的垂直度)、表面制备偏差和现场测量。
因此,即使是微小的偏差源也要考虑在内,并尽可能消除它们。下面是一个现场示例,用户在测量 P91 时使用了制造商预定义的修正。
让我们来看一个更极端的例子。考虑一个铝制发动机缸体,其标准硬度为 103 HV使用台式维氏硬度测试。在没有正确校准的情况下使用 UCI 进行测试,结果可能会因制造商的不同而大相径庭。这里的主要启示是,如果没有正确的校准,最终可能会得到误导性的结果。在铝的情况下,这一点可能很明显,因为不存在如此坚硬的铝,但较小的差异可能会被忽视,从而导致不准确的评估。
为确保测量准确,需要根据不同的杨氏模量进行特殊校准。制造商通常会提供这些校准,用户也可以通过外部校准创建自己的校准。
了解材料
申请更正
生成校正曲线的方法
单点转移
两点曲线
多项式曲线
实施纠正:
使用现代设备可以非常容易地进行校正,下面的教学视频演示了 Equotip 550 UCI 是如何轻松实现校正的。
与传统的台式维氏方法相比,UCI 方法具有明显的优势,包括测量速度更快、便携性更强。不过,由于 UCI 结果会受到材料弹性特性的影响,因此在测试非标准材料时进行适当的修正至关重要。
通过了解杨氏模量对 UCI 测量的影响并遵循校准的最佳实践,您可以在各种材料上获得准确可靠的硬度测量结果。