一、規範修訂的背景及目的

近年來，超聲硬度計在航空、航天、軍工、汽車、船舶等大型（xíng）製造領域，尤其（qí）是生產現場的大型、異形或唯一工件等，無法（fǎ）進行靜態(如布、洛、維硬（yìng）度)測量的情況時，受到使用者的青睞。超聲硬度測量的特點是儀器輕巧（qiǎo）、壓痕（hén）微小、操作簡便、便於攜帶，測量工件硬度時，其壓痕（hén）幾乎達到無痕跡（jì）的程度，屬於無損測（cè）量範疇，在對超大型工件的硬（yìng）度測量上（shàng）有著（zhe）絕對的優勢。

JJF1436-2013《超（chāo）聲硬（yìng）度計校準規範》是在JJG654-1990《超聲硬度計檢定規程》(以下簡稱“舊規程”)的基（jī）礎（chǔ）上修訂的。

事實上，超聲硬度計的壓頭（tóu）是維氏正四棱錐壓頭，它的測量原理應屬於維氏範疇。在舊規程中（zhōng）卻隻給出了洛氏硬度示值誤差和示值重複性的要求（qiú），這顯然是在當時製定條件（jiàn）下存在的缺陷，因此舊規程已無法滿足（zú）應用領域的要求（qiú）。為（wéi）了彌補舊規程中的不足，受全國力值硬（yìng）度計量技術委員會的委托，我們對舊規（guī）程進行了（le）修訂。JJF1436-2013於（yú）2014年4月25日起（qǐ）正式實施。

二、規範修訂的主要內容

1.JJF1436-2013對硬度計示值誤差（chà）和示值重複性沒有提出要求，它（tā）隻是對在校準過程中的實驗條件、校準方法、校準項目、校準中所使用的儀器設備進行了規定，並且在實驗數據的基礎上，給出了（le）測量結果不確定度的計算方法。這點與（yǔ）舊規程（chéng）完全（quán）不同。舊規（guī）程是要給出硬性的指標，測量結果與這些指標的符合程（chéng）度，是判定這台儀器（qì）是否合格的關鍵。而JJF1436-2013則不作這些硬（yìng）性（xìng）的指標，隻是給出了測量結果和（hé）測量結果的不確定度，使（shǐ）用者應根據這些數據的結果，自己判（pàn）定儀器是否準（zhǔn）確可靠和（hé）符合（hé）使用要求。合格與否、是（shì）否滿足使用要求，完全（quán）由使用（yòng）者判定和掌握（wò）。

2.去除了舊規程中對壓頭的檢定和對（duì）測量傳感器（qì）基波頻率的測定。

由於（yú）有（yǒu）些超聲硬度計的壓頭或壓頭保護套無法拆卸，這對壓（yā）頭幾何量和同軸度的（de）測量（liàng）存在一定的困難（nán），難（nán）以實施，同（tóng）時（shí），測量（liàng）傳感器的基波頻率的測定已經不屬於力學測量範疇，根據實際情況的需（xū）要（yào），對這一部分可不再提出要求。

3.增加了對（duì）校準參數的測定。即超聲硬度計在標準硬度塊上測量5點（diǎn），然後將（jiāng）5點的平均值與硬度塊的標稱值進行（háng）比較，修正校準參數，再正式校準和使用。

準確地說，超聲硬度計實質是一種比較儀，使用它測量（liàng）硬度時，因不同材料種類的試樣，硬度值會存在（zài）明顯偏差。為了精確測量，必須把已知同種類試樣的硬度參數標定到超聲硬度計裏，再由此超聲硬度計測量同種類材料的試樣，此時，測量數據的穩定度和精確度才能獲得良好結果。隻（zhī）有這樣，才（cái）能消除由於材料彈性模量的不同引起測（cè）量示（shì）值較大差（chà）異的（de）現象。這一點（diǎn）也是JJF1436-2013應用者尤（yóu）其要注意（yì）的地方，否則，即使是（shì）合格的超聲硬度計所（suǒ）顯示的數（shù）值，也會與真實值有較大的差距。

4.增（zēng）加了對超聲硬度計漂移量測定的要求。即在正式校準後1小（xiǎo）時（shí），再次（cì）對超聲硬度（dù）計進（jìn）行校準，前後兩次校（xiào）準數據之差，即為漂移量。

超聲（shēng）硬（yìng）度計的原理與（yǔ）靜態（tài）的傳統硬度計不（bú）同，它是由傳感器測量到的頻率變化量（liàng）去計（jì）算得到（dào）硬度值的（de），這就要求集成電路等（děng）電子元器件要有較高的穩定性，否則將不能（néng）滿足和完成檢（jiǎn）測的（de）需要。

三、規範在執（zhí）行中應注意的問題

1.超聲硬度計實際就是運用超（chāo）聲方法測量硬度，根（gēn）據國外相關資料顯示，運用超聲硬（yìng）度測量時需加以(UCI)區別（bié）表（biǎo）示，這表（biǎo）明它對材料的彈性模量（liàng）的反應非常敏感。靜態布、洛、維（wéi）硬度（dù）計是根據壓頭壓入硬（yìng）度塊的深度或壓（yā）痕麵積，由公式（shì）計（jì）算出硬度值，這種測量方法與材料自身的彈性模（mó）量基本沒有明顯的關係。

超聲（shēng）硬度計在開機使用後（hòu），壓頭測量（liàng）杆自身就產生一（yī）個固有頻率的振動，當壓頭（tóu）壓入測量物體後（hòu），諧振頻（pín）率將發生變化，根據頻率變（biàn）化（huà）量、固定壓力值、材料的彈性模量得出壓痕麵積，再由維氏（shì）硬度公式，得到該被測物體的硬度值。可以看出，頻（pín）率數據的變化量是關鍵。不同的（de）彈性模量將會產生不同的頻率變化量。

在所做的實驗中，曾出現（xiàn）維（wéi）氏硬度值相同（tóng）的硬度塊（kuài），用超聲硬度計測量時，會存（cún）在不同的（de）結果。這就是因為兩種（zhǒng）硬度塊的（de）材質和熱處理工藝（yì）上的差異，使材料有著不相（xiàng）同的彈性模量，從而使超聲硬度計的（de）頻率變（biàn）化量不相同，硬度值也就不相等。

正是由（yóu）於超聲硬度計測量原理的特殊性，因而在校準之前，必須先對硬度計的校（xiào）準參數進行修正。即校準（zhǔn）前，需（xū）選用與標準硬度塊相同（tóng）材質的硬度塊進行檢測（cè），並對硬（yìng）度計中的校準參（cān）數進行修改(詳細修改（gǎi）步驟見產品說明書)，然後才（cái）能進行正式校（xiào）準測量。參數修改前，硬度計示值與（yǔ）標準硬度值相差較大，屬於正常反應。

這也是廣大一線（xiàn）計量檢測人員必須特別注意的。

2.必須考（kǎo）核硬度計示值（zhí）的漂移。超聲硬度計是根據壓頭振動頻率的變化（huà）確定硬度值的，而測量頻率變化量是靠儀器中的傳感器、CPU等電子元器件完成。為了考（kǎo）驗這些電（diàn）子元器件的穩定性和（hé）可靠性，必須在第一（yī）次校準1小時後，再進（jìn）行第二次校準，以獲得其示值的漂移（yí）量。

3.多種硬度的表（biǎo）示形式（shì）。超聲硬度計的（de）壓頭（tóu）是正四棱錐型的維氏壓頭，所（suǒ）以測量值更（gèng）接近維氏硬度值，硬度按式(1)進行計算。

式中:A——壓痕麵積；E_eff——彈（dàn）性模量；Δf——頻率變化（huà）量；f——函數符（fú）號；HV——維氏硬度；α——壓頭相對（duì）麵夾角136°；F——試驗（yàn）力。

硬度計中所顯示的（de）布氏值、洛氏值等都是在維氏（shì）測（cè）量結果的基礎上換算得到的，必然（rán）存在著換算過程的誤（wù）差，這（zhè）點應引起（qǐ）使用（yòng）者的注意。

注:葉明、何廣霖為JJF1436-2013的主要起草人（rén）。

鏈接：傳（chuán）統維氏硬度計與超聲硬度計的區別（bié）

傳統維氏硬度計（jì）是通過測量壓痕的對角線，得出壓痕麵（miàn）積，再用公式（shì）計算出硬（yìng）度值，而超聲硬度計則是根（gēn）據傳（chuán）感器中頻率的變化量(較硬材料上的頻率變化相對較小，因為壓痕較淺（qiǎn）。壓痕越深，頻率變化越大（dà），略大的壓痕（hén）代表中等硬度。類似的，軟材料上（shàng）的壓痕是最大的)，再（zài）根（gēn）據材料的彈性模量，來換算出壓痕麵積，最後用公式得出維氏（shì）硬度值。這就使得測量（liàng）方法有了很大不同，從而給操作（zuò）者帶來了極大的方便。

「本文刊（kān）發於《中國計量（liàng）》雜誌第6期　作者：葉明　何廣霖　鄭春平┆計量資訊速遞編輯整理　轉載必須注明」