30. Акустический контроль физико-механических характеристик материалов (твердость материалов). Особенности методики и аппаратуры.
Твердость характеризует свойство поверхности твердого тела сопротивляться вдавливанию или царапанию. Обычно ее измеряют по высоте отскока бойка или по глубине вдавливания индентора: наконечника из более твердого вещества.
Метод контактного импеданса широко применяется для оперативного измерения твердости материалов (в основном металлов), особенно в труднодоступных местах. Метод использует связь твердости материала с упругим импедансом его сухого точечного контакта с остроконечным индентором, прижимаемым к ОК с постоянной силой.
Глубина внедрения индентора в испытуемый материал зависит от его твердости, увеличиваясь с ее уменьшением. Упругий импеданс контактной зоны оценивают по его влиянию на собственную частоту продольно-колеблющегося стержня.
Пирамидка внедряется в материал ОК тем глубже, чем меньше его твердость. С уменьшением твердости значение контактной гибкости Кк уменьшается, модуль упругого импеданса зоны контакта |ZK|= 1/ увеличивается, собственная частота преобразователя и определяемая ею частота автогенератора повышаются. Частоту измеряют частотомером 4, результаты представляют на цифровом индикаторе 5. УЗ-твердомеры используют диапазон частот 30 ... 70 кГц.
Существуют также другие модификации приведенной на рисунке принципиальной схемы УЗ-твердомера. Например, иногда вместо свободного на конце полуволнового стержня преобразователя используют четвертьволновой, тыльный конец которого нагружен массой, модуль механического импеданса которой намного превышает волновое сопротивление стержня. Условия отражения УЗ-волн от массы приближаются к отражению от неподвижного закрепления. Таким образом, в зоне контакта с массой создается узел смещения. При этом основная частота четвертьволнового стержня равна частоте полуволнового.
Важными преимуществами метода контактного импеданса перед классическими способами измерения твердости являются:
• портативность применяемой аппаратуры, облегчающая контроль в производственных и полевых условиях;
• возможность оперативных измерений на ОК сложных форм, в том числе в труднодоступных зонах (например, в пазах, на зубьях шестерен и т.п.) при любой пространственной ориентации преобразователя;
• значительно меньшее повреждение поверхности ОК, чем при контроле классическими методами;
• возможность представления результатов контроля по шкалам всех наиболее распространенных систем измерения твердости
УЗ-твердомеры широко применяются в промышленности и выпускаются многими фирмами. Ведущее положение в их разработке и производстве занимает германская фирма Krautkramer (торговый представитель ее в России и СНГ - ТОО "Эхо-сервис"). Приборы этой фирмы имеют общее название "Mikrodur".
Приведем характеристики одного из наиболее популярных ее твердомеров -прибора "Mikrodur MIC 10". Его применяют для измерения твердости изделий из мелкозернистых материалов практически любых формы и размера, особенно при локальном исследовании свойств материала. Результаты контроля не зависят от пространственного положения преобразователя, даже в случае измерения на потолочной поверхности. Прибор может работать с преобразователями с разной длиной стержней, что позволяет проводить измерения на изделиях сложной формы. Результаты измерения твердости представляются в шкалах HV, HB, HRC, HRB.
Вариант прибора MIC 10 DL обладает дополнительными возможностями: встроенной памятью на 1800 измерений, дополнительной памятью на магнитной карточке на 590 измерений. Возможны вычисление и распечатка статистических данных: максимального и минимального результатов измерения, среднего значения, абсолютного и относительного разбросов, абсолютного и относительного нормальных отклонений. Имеется интерфейс RS-232C для дистанционного управления от персонального компьютера или документирования результатов на принтере.
Диапазоны показаний прибора: 0 ... 9999 HV; 48 ... 105 HRB; 20 ... 68 HRC; 76 ... 618 НВ;
Масса 300 г, питание от батареек.