從硬度測量新技術(shù)看我國硬度測量工作的發(fā)展趨向

王沛

摘 要：硬度測量工作的開展總是依賴于硬度測量技術(shù)的進步。本文在對硬度測量新技術(shù)簡述的基礎(chǔ)上，對我國硬度測量工作的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢做出了總結(jié)和展望。

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

硬度測量技術(shù)最早可追溯至1722年，當時法國物理學家列奧米爾率先提出了極其粗糙的劃痕硬度測量法。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)硬度測量方法。在諸多傳統(tǒng)硬度測量方法中，以靜壓試驗法發(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，大量現(xiàn)代硬度測量新技術(shù)被發(fā)明并得以推廣應(yīng)用。

1 現(xiàn)代硬度測量新技術(shù)簡述

整體來看，現(xiàn)代硬度測量新技術(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 硬度測量法

在早期的顯微硬度測量中，采用的壓痕的負荷較為微小，得到壓痕對角線的長度與壓痕負荷比率不為常數(shù)，但由于采用不同的微小壓痕負荷卻常常得到不同的試驗結(jié)果，使得早期的顯微硬度測量缺乏可比性和可信度。但不少專家學者認為，此種硬度測量方法由于簡便易操作，在實際中仍有較高應(yīng)用價值，只是礙于條件所限，故不能精確測量。之后，隨著科技的進步，納米技術(shù)出現(xiàn)，一些學者從壓痕尺寸效應(yīng)機理和現(xiàn)象出發(fā)，采用納米技術(shù)對顯微硬度測量技術(shù)做了進一步的改進試驗，使顯微硬度測量得以精確。

1.2 巴氏噪聲硬度測量法

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，巴氏噪聲硬度測量法得到廣泛研究和應(yīng)用。巴氏噪聲硬度測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，試驗中多采用鐵磁材料，其判別式為H=av+b。在試驗中，巴克豪森噪聲和矯頑力會隨著鐵磁材料硬度的提高而降低。巴氏噪聲硬度測量法的優(yōu)點在于利用噪音效應(yīng)使試驗中的測量材料做到無損，從而避免了如顯微硬度測量法中所造成的壓痕等弊點。

1.3 電磁硬度測量法

電磁硬度測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電導率、矯頑力以及磁導率都有較為顯著的影響，因此，可根據(jù)電渦流檢測的原理，只要能準確測量出磁導率、電導率的一系列變化，就可以很好的把握到測量材料的硬度變化情況，從而得出測量材料的硬度值。

1.4 超聲硬度測量法

超聲硬度測量法是基于測量材料的硬度與其柔度系數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，利用測量材料與硬度計振桿諧振頻率的關(guān)系變化進行測量，試驗證明，這種關(guān)系變化呈單調(diào)函數(shù)規(guī)律。超聲硬度測量法的優(yōu)勢不僅涵蓋了巴氏噪聲硬度測量法的優(yōu)點，即避免了如顯微硬度測量法中所造成的壓痕弊點，同時不用測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)線和實現(xiàn)自動化測量。是目前國際上較為先進和推廣價值較高的硬度測量方法。

2 我國目前硬度測量工作的現(xiàn)狀

我國的硬度計量是建立在國家硬度計量基準之上的。新中國成立之后，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。利用該基準比對或檢定工作基準或標準硬度計，再檢定標準硬度塊，將標準硬度塊再用于檢定工作硬度計。這樣，標準硬度塊就將硬度基準量值傳遞到工作硬度計，然后工作硬度計就可以投入于硬度試驗中測量試樣材料的硬度值。由于工作硬度計都是建立在統(tǒng)一的基準之上，既使不同的硬度計試驗結(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。

從國家硬度計基準到工作硬度計，目前而言，機械式結(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，難以保證試驗結(jié)果的完全一致。因此，隨著科學技術(shù)的進步，特別是傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)的應(yīng)用，高精度、高效率，結(jié)構(gòu)先進、使用方便的硬度計量器具不斷出現(xiàn)，為科研及生產(chǎn)提供了更為準確的測試手段。

3 從硬度測量新技術(shù)革新看我國硬度測量工作的發(fā)展趨向

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

3.1 硬度試驗過程的自動化

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)、計算機技術(shù)在硬度計量中的應(yīng)用，目前已經(jīng)實現(xiàn)了硬度試驗時試驗力的自動化實施，硬度量值的數(shù)字化顯示，微機控制的試驗過程自動化的洛氏硬度計，還實現(xiàn)了維氏硬度試驗壓痕掃描、壓痕圖像處理的全自動化維氏、顯微硬度計。為高精度、高效率測量打下了良好基礎(chǔ)，相信在不久的將來，這種自動化的硬度測試方法會越來越普及。

3.2 在線自動測量

工業(yè)生產(chǎn)的自動化已迅速發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量的實時監(jiān)測、控制必須跟上。硬度試驗只有在進一步提高自動化程度，實現(xiàn)試驗的高效率，才能跟上工業(yè)生產(chǎn)自動化的需要，實現(xiàn)生產(chǎn)中的在線測量要求，確保產(chǎn)品質(zhì)量信息的及時獲取，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，其硬度計量工作不可不重視，對促進非金屬材料的發(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。當然目前已能對上述某些材料進行硬度測量，但還不都，還必須給予重視。

3.4 發(fā)展硬度檢定測試技術(shù)，加強硬度量值管理

新型材料的不斷出現(xiàn)和發(fā)展需要新的硬度測試手段，特別是我國加入WTO后，必須遵守國際產(chǎn)品質(zhì)量標準，硬度計量測試工作必須與之相適應(yīng)，硬度計量工作肩負的責任重大，我們必須發(fā)展、改進我們現(xiàn)有硬度計量工作的不足，積極開發(fā)新的測試方法，以適應(yīng)時代的要求。根據(jù)國家硬度計量量值傳遞的要求，加強硬度計量量值管理是保證全國硬度量值準確一致的關(guān)鍵，必須維護好基準、標準計量器具、適當進行必要的技術(shù)改造，提高其準確度和穩(wěn)定度。加強示值管理，組織示值比對，盡量減少量值傳遞中的誤差，達到示值準確一致。

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