從硬度測量新技術看我國硬度測量工作的發展趨向

王沛

摘 要：硬度測量工作的開展總是依賴于硬度測量技術的進步。本文在對硬度測量新技術簡述的基礎上，對我國硬度測量工作的現狀與發展趨勢做出了總結和展望。

關鍵詞：硬度測量新技術；硬度測量工作；發展趨向

硬度測量技術最早可追溯至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。經過幾百年的發展，人們逐步發明了如靜壓試驗法、劃痕法、回跳法、切割法、犁槽法、磨損法等多種傳統硬度測量方法。在諸多傳統硬度測量方法中，以靜壓試驗法發展的最為成熟，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。隨著現代制造技術的日益發達，大量現代硬度測量新技術被發明并得以推廣應用。

1 現代硬度測量新技術簡述

整體來看，現代硬度測量新技術具有很多種，其中最具權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，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，納米技術出現，一些學者從壓痕尺寸效應機理和現象出發，采用納米技術對顯微硬度測量技術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射技術的快速發展和成熟，巴氏噪聲硬度測量法得到廣泛研究和應用。巴氏噪聲硬度測量法是基于巴克豪森噪聲效應與磁聲發射技術相結合產生的，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點在于利用噪音效應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之間的對應關系，利用測量材料與硬度計振桿諧振頻率的關系變化進行測量，試驗證明，這種關系變化呈單調函數規律。超聲硬度測量法的優勢不僅涵蓋了巴氏噪聲硬度測量法的優點，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。該方法易于應用于生產線和實現自動化測量。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一的基準之上，既使不同的硬度計試驗結果存在不同，但差異總是很小的，結果可以比較，具有可信性。

從國家硬度計基準到工作硬度計，目前而言，機械式結構仍占絕大多數，在量值傳遞中出現示值誤差在所難免，加上人為操作、環境條件等因素的差異影響，難以保證試驗結果的完全一致。因此，隨著科學技術的進步，特別是傳感器技術、微電子技術、計算機技術的應用，高精度、高效率，結構先進、使用方便的硬度計量器具不斷出現，為科研及生產提供了更為準確的測試手段。

3 從硬度測量新技術革新看我國硬度測量工作的發展趨向

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

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、數字電路、微電子技術、計算機技術在硬度計量中的應用，目前已經實現了硬度試驗時試驗力的自動化實施，硬度量值的數字化顯示，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，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

工業生產的自動化已迅速發展，產品質量的實時監測、控制必須跟上。硬度試驗只有在進一步提高自動化程度，實現試驗的高效率，才能跟上工業生產自動化的需要，實現生產中的在線測量要求，確保產品質量信息的及時獲取，控制產品質量，提高生產效率。

3.3 重視非金屬材料的硬度測量

橡膠、塑料、陶瓷、玻璃、復合材料等非金屬材料在工業生產中的應用日益增多，其硬度計量工作不可不重視，對促進非金屬材料的發展和非金屬材料的應用、產品的質量控制是必要的。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 發展硬度檢定測試技術，加強硬度量值管理

新型材料的不斷出現和發展需要新的硬度測試手段，特別是我國加入WTO后，必須遵守國際產品質量標準，硬度計量測試工作必須與之相適應，硬度計量工作肩負的責任重大，我們必須發展、改進我們現有硬度計量工作的不足，積極開發新的測試方法，以適應時代的要求。根據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鍵，必須維護好基準、標準計量器具、適當進行必要的技術改造，提高其準確度和穩定度。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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