2021年版ASTMA使用超声接触阻抗法的便携式硬度试验的统一标准作业规程侠之生译中文版

1.适用范围1.1本标准用UCI法测定相对硬度。1.2本标准不包含安全性。2.参考文件2.1ASTM标准:A370钢产品力学性能试验方法和定义E10金属材料布氏硬度试验方法E18金属材料洛氏硬度和洛氏 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面硬度试验方法E92金属材料维氏硬度试验方法E140材料标准硬度转换表E384材料显微硬度测试方法3.术语3.1定义:3.1.1UCI法—超声接触阻抗法，由Dr.ClausKleesattel于1961年发明，其原理是振动杆压上试样时，凹坑处接触面积不一样，引发频率改变。3.1.2UCI硬度测试—以固定压力，作用于经校准且装有特定压头（如维氏金刚石）振动杆，来测量硬度。3.1.3校准—经过和常规台式硬度测试结果、或一套标定过硬度块作比较，检定UCI仪器关键参数特定值。3.1.4检定—检验或测试UCI仪器，确保其符合要求。3.1.5表面质量—指表面粗糙度，即轮廓算术平均偏差Ra。4.关键性和使用4.1材料硬度值取决于所用方法，为避免创建新硬度标尺，UCI法把结果转换为常见硬度，如HV和HRC。4.2UCI硬度测试只能测量接触表面硬度，特定位置结果不能代表其它位置，更不能表现材料内部信息。4.3UCI硬度测试可用于大小零件多种表面，包含难以抵达位置，如齿侧或齿轮根部。A.UCI硬度测试仪器和方法概述5.仪器5.1UCI法仪器通常包含：(1)一个包含振动杆探头，杆接触端装有压头，能够是符合E92和E384标准维氏金刚石；(2)激振装置；(3)振动检测装置；(4)数据处理电路；(5)数字式显示器，显示测得硬度值。5.2UCI探头—探头规格很多：其静载荷通常为1N到98N，参见附录X1；依据不一样应用，有不一样长度传感器杆；分手动和自动两种，可用伺服电机加载。5.3方法概述—在常规台式硬度测试（如根据E10、E92和E384布氏或维氏测试）中，硬度值取决于在材料上加一定载荷又卸载以后，对凹坑面积光学测量。在UCI便携式测试中，测量凹坑面积不是用光学方法，而是经过衡量超声共振频率改变。实施UCI测量时，探头内振动杆由压电陶瓷激励，作纵向超声振动，频率在70kHz左右。这就是0频率，发生在压头处于空气中时候。探头内弹簧提供特定载荷，振动着末端压入被测材料，产生弹性接触，造成振动杆频率改变。此改变和凹痕面积（压头和材料接触面积）相关。这个面积对应着给定了弹性系数材料硬度，见公式1。实线表示未接触时纵向振幅，虚线表示接触时纵向振幅T为压电传感器，R为接收器，O为振动杆，V为压头，m为被测金属图1UCI探头示意图公式1是以，较硬材料上频率改变相对较小，因为凹痕较浅。凹痕越深，频率改变越大，略大凹痕代表中等硬度。类似，软材料上凹痕是最大。（见图2）频率改变（kHz）图2硬度值和振动杆频率改变关系曲线当手持式探头对应测量频率触发内部开关或自动探头加载一定时间后，特定负荷加载完成，仪器连续地监控共振频率、计算频率改变，最终显示出硬度值。测量系统弹性模量一定时，对于特定压头，如维式金刚石，频率改变量是凹痕大小函数。公式1描述了和维氏硬度对比关系。Δf=频率改变；A=凹痕面积；Eeff=有效弹性模量（包含压头和被测材料弹性常数）；HV=维氏硬度值；F=负荷。5.4弹性常数影响—由公式1可见，频率改变不仅和接触面积相关，也和接触材料弹性模量相关。对于杨氏模量不一样材料，需要校准仪器。校准以后UCI法适适用于全部弹性模量材料。UCI仪器通常被人为校准到适于非合金钢和低合金钢，即遵照E92测试方法硬度块。另外，部分仪器可经过现场快速校准用于其它金属，如高合金钢、铝和钛。6.为其它材料校准6.1准备特定材料硬度块，其硬度值已由常规台式方法如维氏、布氏或洛氏中一个确定，见A370。校准平均硬度值最少需要5个读数。根据10.6说明，在被测材料上进行最少5次UCI测量。将显示平均硬度值调整到先前测得硬度值，即可得出校准值，从而在期望硬度标尺和范围内测量此种材料硬度。对于不一样材料硬度检测，部分仪器许可存放全部校准数据和调整参数，需要时候调用即可。7.和其它硬度测试方法对比7.1和传统小负荷硬度测试相比，UCI法用电子而非光学方法评价凹痕尺寸。UCI法依靠于弹性模量，是一个比较测量法。移除负荷后，使用维氏金刚石UCI探头压出凹痕和同负荷下常规台式维氏测试中凹痕几乎一致。如根据E92要求加载，且使用了维式UCI压头，其凹痕可用标准维氏测试光学方法来测量。在此种情况下，需要特殊准备或探头隶属装置来确保实际负荷正确性。8.试样8.1表面处理—负荷应用（也就是探头选择）和材料表面粗糙度相关。光滑、均一表面能够用小负荷，粗糙表面负荷则应尽可能增大。表面杂质必需去除，无油无尘，而且粗糙度不能超出压痕30%（Ra≤0.3×h）其中公式2特定硬度（HV）和负荷（N）下，维氏金刚石压头压痕深度见公式2。表1提供了适合特定UCI维氏探头最小表面粗糙度，假如需要表面处理，注意不要因为过热或冷作硬化改变表面硬度。任何油漆、污垢或其它表面覆盖物均需完全清除。表面质量不好会造成示值不稳定，粗糙表面往往会降低测量值。表1：不一样负荷表面粗糙度测试负荷98N50N10N3NRa≤15µm≤10µm≤5µm≤2.5µm8.2最小厚度—较大材料薄镀层或表面层必需达成最小厚度，即凹痕深度十倍（维氏凹痕见图3）。符合：Smin=10×h穿透深度（µm）图3在1N到98N不一样负荷下，维氏金刚石穿透深度8.3最小壁厚—样品厚度小于15mm时，若发生共振，示值会显著改变，比如薄片和管子。多数扰动是振动端激起弹性振动，应使用适宜方法抑制。能够将试样粘在大质量金属块上，胶和油膜全部能够阻止弹性波，不过提议有最少2~3mm壁厚。8.4振动影响—UCI法基础是测量频率改变，低于300g零件会发生振动，造成错误或不确定结果。质量小于最小质量或部分厚度小于最小厚度试样需要刚性支撑，耦合到厚大质量刚体表面来抵御UCI探头振动。缺乏适宜支撑或耦合会造成或高或低结果。8.5表面曲率—带曲面试样凹面和凸面全部能够进行测量，需要和曲率半径相配探头和探头附件来确保垂直。8.6温度—试样温度也可能改变UCI法结果。不过，假如探头仅在测量时暴露于高温中，即使高于室温也可进行测量，不影响UCI仪器性能。9.仪器校验9.1方法校验—在每一次改变或工作周期之前，应根据B部分说明校验仪器。不能满足B部分UCI硬度计不可使用。10.过程10.1测试过程—首先把探头连接到显示单元，打开仪器。紧握探头（如必需，可使用探头架），使其轴线垂直于被测面。双手握持可取得很好结果。在加载阶段，谨慎稳定地向试样施加压力，确保探头在整个加载期间保持垂直。测量结束后，部分仪器会发出声信号并立即显示硬度值。10.2步骤—为避免误差，应缓慢稳定地移动探头。注意探头垂直于表面，最大倾角应小于5°，预防探头转动。压头应不受侧向力，而且不发生滑动。10.3测试方向—UCI硬度测试通常可用于任意方向，不需要依据负荷修正。测量方向可能有影响，取决于厂家和UCI探头负荷。这是因为振动杆质量，可能在测量方向不一样时影响负荷。从上向下测量时，杆质量会增加负荷，反之亦然。负荷小于10N时候，应该尤其注意这个问题。此时，使用者应在相同负荷和材料硬度下，核实测试方向对硬度读数影响。10.4压痕间距—和E92法相同，临近凹痕中心距离和平均对角线长度相关，必需满足：(1)对于钢、铜和铜合金来说，最少是3倍；(2)对于轻金属、铅、锡及其合金来说，最少是6倍。假如两个凹痕大小不一样，取较大一个平均对角线长度来计算间距。不得在同一点测量数次。10.5UCI仪器示值—仪器电子显示器上可直接读出硬度值。在部分仪器上，既能够显示当次测量实际读数，也能够显示到现在为止全部读数平均值。经过硬度换算表（参见第11章）或依据第6章计算，能够把硬度值转化到其它硬度标准。10.6测量次数—在大约1in.2（645mm2）范围内进行5次测量能够组成一次检测。对于非均一被测材料，10次或更数次测量能够组成一次检测。10.7统计—硬度数值应附加UCI测量符号，HV(UCI)。对于维氏读数，应在后面增加测试负荷值，以kgf为单位，比如446HV(UCI)10，表示在10kgf负荷下，用UCI法测得硬度是466。如依据第6章，将硬度值用其它标尺表示，可类似地记为45HRC(UCI)或220HBW(UCI)等。换算值统计见第11章。11.硬度换算11.1硬度值换算—部分仪器能自动依据E140把硬度值转换为其它标尺，既能够转换为硬度，也能够转换为抗拉强度，单位是N/mm2，所以，E140中列举转换值和全部限制全部适用。硬度转换有一定限制，不一样方法测得硬度不能用确定数学关系来对应，压头形态和材料、凹痕尺寸及测量值，全部取决于所用硬度测试类型。将一个硬度值转换为另一个硬度或抗拉强度话，可能是不正确或不能许可，这取决于材料制备和表面质量。11.2转化为抗拉强度—转换为以N/mm2为单位应力，仅限于负荷大于或等于98N情况下。B.UCI硬度计检验12.范围12.1B部分包含使用适宜硬度块对UCI硬度计进行检验过程，厂家必需做直接检验。13.需求概述13.1仪器—检验UCI仪器之前，必需检验仪器以确定：(1)显示单元电池有电；(2)压头清洁，无灰尘、砂砾、油脂等。14.标准硬度块14.1为了排除超声传感器在标准硬度块中引发扰动，需要把硬度块做得很大，提议用钢制作，直径大于80mm，厚度大于16mm。14.2每一块需采取特定制备方法和热处理，来确保所需硬度、同质性和表面硬度稳定性，和E18要求一样。14.3测试面需磨光，没有划痕等缺点，不然会影响UCI测量。表面粗糙度不超出0.4µm。14.4为了确保标准块测试表面不会被去除材料，标定时需要在测试面打上正式标识，并标出精度为±0.025mm厚度。14.5标准硬度块需要用标准检定硬度测试装置来标定，能够遵照E10、E18、E92或E384。在标准块测试面上随机进行最少5次测量，取算术平均值作为平均硬度。14.6每一块需要以下标识：(1)硬度算术平均值和测试方法（如HV、HRC、HRB、HBW、HBS等）；(2)厂商名称或标识。如标在边缘，测试面朝上时候，字母应竖立。15.检验15.1检验UCI硬度计，要使用选定标尺在标准块上进行最少两次测量。15.2假如每一个数值误差在标称值±3%以内，可认为合格。不合格品不得用于检测，需修补或深入检验。附录（非强制性说明）X1.挑选使用UCI仪器指导方针表X1.1负荷模式特征经典应用98N标准长度（手动）压痕较大，对表面要求最低小型锻件、铸造材料、焊缝检验、热影响区49N标准长度（手动）常见感应硬化或渗碳零件，如凸轮轴、涡轮焊缝检验、热影响区长探头（手动）延长30mm测量凹槽、齿侧和齿根短探头（手动）长度缩短（90mm），电子元件分离式部署涡轮叶片、直径大于90mm管道内壁9.8N标准长度（手动）轻易加压，提供小半径测试控制离子渗氮冲模、模壳、夹具、薄壁件长探头（手动）延长30mm轴承、齿侧短探头（手动）长度缩短（90mm），电子元件分离式部署涡轮叶片、直径大于90mm管道内壁7.8N电动探头电机加载光滑精密零件、齿轮、轴承滚道3N电动探头电机加载，凹痕更小薄层，如钢筒上铜或铬；铜轮转影印筒；镀层、表面硬化件1N电动探头电机加载，凹痕更小薄层和镀层ASTM国际标准不会取消任何相关专利有效性。本标准使用者是否侵害专利由其本人负责。本标准在任何时候全部可能被相关技术委员会修订，而且每5年进行一次复审，决定是否修订、改善或撤销。假如您对本标准或其它标准有意见，能够向ASTM国际总部提出。相关技术委员会将举行会议，对其进行认真讨论，到时您也能够出席。假如您认为自己意见没有受到公平重视，能够将您见解通知ASTM，地址见下。ThisstandardiscopyrightedbyASTMInternational,100BarrHarborDrive,POBoxC700,WestConshohocken,PA19428-2959,UnitedStates.Individualreprints(singleormultiplecopies)ofthisstandardmaybeobtainedbycontactingASTMattheaboveaddressora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