从硬度测量新技术看我国硬度测量工作的发展趋向

王沛

摘 要：硬度测量工作的开展总是依赖于硬度测量技术的进步。本文在對硬度测量新技术简述的基础上，对我国硬度测量工作的现状与发展趋势做出了总结和展望。

关键词：硬度测量新技术；硬度测量工作；发展趋向

硬度测量技术最早可追溯至1722年，当时法国物理学家列奥米尔率先提出了极其粗糙的划痕硬度测量法。经过几百年的发展，人们逐步发明了如静压试验法、划痕法、回跳法、切割法、犁槽法、磨损法等多种传统硬度测量方法。在诸多传统硬度测量方法中，以静压试验法发展的最为成熟，较为常见的如布氏、洛氏、维氏、努氏等测量方法均属此种类型。随着现代制造技术的日益发达，大量现代硬度测量新技术被发明并得以推广应用。

1 现代硬度测量新技术简述

整体来看，现代硬度测量新技术具有很多种，其中最具权威和代表性的主要有以下四种：

1.1 硬度测量法

在早期的显微硬度测量中，采用的压痕的负荷较为微小，得到压痕对角线的长度与压痕负荷比率不为常数，但由于采用不同的微小压痕负荷却常常得到不同的试验结果，使得早期的显微硬度测量缺乏可比性和可信度。但不少专家学者认为，此种硬度测量方法由于简便易操作，在实际中仍有较高应用价值，只是碍于条件所限，故不能精确测量。之后，随着科技的进步，纳米技术出现，一些学者从压痕尺寸效应机理和现象出发，采用纳米技术对显微硬度测量技术做了进一步的改进试验，使显微硬度测量得以精确。

1.2 巴氏噪声硬度测量法

由于巴克豪森噪声和磁声发射技术的快速发展和成熟，巴氏噪声硬度测量法得到广泛研究和应用。巴氏噪声硬度测量法是基于巴克豪森噪声效应与磁声发射技术相结合产生的，试验中多采用铁磁材料，其判别式为H=av+b。在试验中，巴克豪森噪声和矫顽力会随着铁磁材料硬度的提高而降低。巴氏噪声硬度测量法的优点在于利用噪音效应使试验中的测量材料做到无损，从而避免了如显微硬度测量法中所造成的压痕等弊点。

1.3 电磁硬度测量法

电磁硬度测量法一般采用铁磁材料，由于铁磁材料的硬度以及金相组织对电导率、矫顽力以及磁导率都有较为显著的影响，因此，可根据电涡流检测的原理，只要能准确测量出磁导率、电导率的一系列变化，就可以很好的把握到测量材料的硬度变化情况，从而得出测量材料的硬度值。

1.4 超声硬度测量法

超声硬度测量法是基于测量材料的硬度与其柔度系数之间的对应关系，利用测量材料与硬度计振杆谐振频率的关系变化进行测量，试验证明，这种关系变化呈单调函数规律。超声硬度测量法的优势不仅涵盖了巴氏噪声硬度测量法的优点，即避免了如显微硬度测量法中所造成的压痕弊点，同时不用测量任何几何压痕尺寸，而且是鉴别损坏材料的新方法。该方法易于应用于生产线和实现自动化测量。是目前国际上较为先进和推广价值较高的硬度测量方法。

2 我国目前硬度测量工作的现状

我国的硬度计量是建立在国家硬度计量基准之上的。新中国成立之后，先后建立了布氏硬度、洛氏硬度、表面洛氏硬度、维氏硬度、显微维氏硬度、肖氏硬度、里氏硬度等硬度基准。利用该基准比对或检定工作基准或标准硬度计，再检定标准硬度块，将标准硬度块再用于检定工作硬度计。这样，标准硬度块就将硬度基准量值传递到工作硬度计，然后工作硬度计就可以投入于硬度试验中测量试样材料的硬度值。由于工作硬度计都是建立在统一的基准之上，既使不同的硬度计试验结果存在不同，但差异总是很小的，结果可以比较，具有可信性。

从国家硬度计基准到工作硬度计，目前而言，机械式结构仍占绝大多数，在量值传递中出现示值误差在所难免，加上人为操作、环境条件等因素的差异影响，难以保证试验结果的完全一致。因此，随着科学技术的进步，特别是传感器技术、微电子技术、计算机技术的应用，高精度、高效率，结构先进、使用方便的硬度计量器具不断出现，为科研及生产提供了更为准确的测试手段。

3 从硬度测量新技术革新看我国硬度测量工作的发展趋向

现代制造技术的高度发达以及硬度测量技术的革新预示着将来测量工作必然向着在线化、自动化、智能化方向发展。我国硬度计量工作的发展方向主要表现在以下几个方面：

3.1 硬度试验过程的自动化

随着高灵敏度位移传感器、CCD固体传感器、数字电路、微电子技术、计算机技术在硬度计量中的应用，目前已经实现了硬度试验时试验力的自动化实施，硬度量值的数字化显示，微机控制的试验过程自动化的洛氏硬度计，还实现了维氏硬度试验压痕扫描、压痕图像处理的全自动化维氏、显微硬度计。为高精度、高效率测量打下了良好基础，相信在不久的将来，这种自动化的硬度测试方法会越来越普及。

3.2 在线自动测量

工业生产的自动化已迅速发展，产品质量的实时监测、控制必须跟上。硬度试验只有在进一步提高自动化程度，实现试验的高效率，才能跟上工业生产自动化的需要，实现生产中的在线测量要求，确保产品质量信息的及时获取，控制产品质量，提高生产效率。

3.3 重视非金属材料的硬度测量

橡胶、塑料、陶瓷、玻璃、复合材料等非金属材料在工业生产中的应用日益增多，其硬度计量工作不可不重视，对促进非金属材料的发展和非金属材料的应用、产品的质量控制是必要的。当然目前已能对上述某些材料进行硬度测量，但还不都，还必须给予重视。

3.4 发展硬度检定测试技术，加强硬度量值管理

新型材料的不断出现和发展需要新的硬度测试手段，特别是我国加入WTO后，必须遵守国际产品质量标准，硬度计量测试工作必须与之相适应，硬度计量工作肩负的责任重大，我们必须发展、改进我们现有硬度计量工作的不足，积极开发新的测试方法，以适应时代的要求。根据国家硬度计量量值传递的要求，加强硬度计量量值管理是保证全国硬度量值准确一致的关键，必须维护好基准、标准计量器具、适当进行必要的技术改造，提高其准确度和稳定度。加强示值管理，组织示值比对，尽量减少量值传递中的误差，达到示值准确一致。

参考文献：

[1] 朱瑛，姚英学，周亮.硬度测量技术现状及发展趋势[J].机械科学与技术.2003（S1）：6-7.

[2] 何建新，毛勤卫.横梁移动位移和移动速度的创新检定方法[J].中国计量.2010（10）：106-107.

[3] 梁林.电三表半自动示值误差检定方法[J].中国计量.2012（06）：104-105.

[4] 张玫.验光镜片光学中心位移量检定方法二则[J].计量技术.2003（09）：44-45.

[5] 孙光普.气体减压器检定方法的探讨[J].计量与测试技术.1996（05）：16-17.