便携式硬度测试原理-UCI原理

如在标准的维氏或布氏硬度测试中一样，在根据UCI（超声波接触阻抗）方法进行的维氏硬度测试中，关于由一定测试载荷产生的材料中的测试压痕尺寸的问题也出现了。但是，为了确定维氏硬度值而必须知道的测试压痕的对角线不会像通常那样进行光学评估，而是通过测量超声波频率的偏移以电子方式检测压痕区域

UCI探针通常由附在金属棒末端的维氏钻石组成（图1）。该杆被压电换能器激发成约70 kHz的纵向振动。

当施加测试负载时，随着金刚石渗入材料，频率发生偏移。当测试压痕变大时，该频移将变大，这意味着当钻石更深地渗透到“软”材料中时。类似地，最小的频移是由硬质测试材料产生的。钻石仅微微渗入材料中，并留下小凹痕。

这是UCI硬度测试的秘诀：频移与维氏钻石产生的测试压痕的大小成正比。与维氏硬度值的定义相比，公式（1）描述了这种基本关系。

频移是维氏压头压痕尺寸的函数。∆ f =频移，A =压痕面积，E eff =有效弹性模量（包含压头和试件的弹性常数），HV =维氏硬度值，F =维氏硬度测试中施加的力。

为了执行UCI原理，包含带有连接到接触端的维氏钻石的杆的探头由压电陶瓷以超声频率谐振。弹簧施加载荷，杆的频率与维氏钻石产生的压痕的接触面积成比例地变化。因此，硬度值不是由凹痕的对角线直观地确定的，而是由几秒钟内的频移的电子测量确定的。

仪器不断监测频率，执行计算并立即显示硬度值。但是，频移还取决于杨氏弹性模量，该弹性模量是材料常数。因此，对于UCI方法的实际应用，必须考虑杨氏模量。当必须确定具有不同杨氏模量值的不同材料的硬度时，必须对仪器进行校准。

完成校准后，UCI方法可用于所有显示此弹性模量的材料。在制造时，探头应在低合金或非合金钢上进行校准。但是，现代测试仪器也可以在测试位置快速校准为其他材料，例如钛或铜。

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