Test twardości UCI

(Impedancja Kontaktowa Ultradźwiękowa) Metoda

Podobnie jak w standardowych testach twardości Vickersa lub Brinella, w testach twardości Vickersa metodą UCI (Impedancji Kontaktowej Ultradźwiękowej) pojawia się pytanie o rozmiar odcisku testowego w materiale, generowanego przez określone obciążenie testowe.

Jednak przekątne odcisku testowego, które muszą być znane w celu określenia wartości twardości Vickersa, nie są oceniane optycznie jak zwykle, ale obszar odcisku jest wykrywany elektronicznie poprzez pomiar przesunięcia częstotliwości ultradźwiękowej.

Sonda UCI składa się zazwyczaj z diamentu Vickersa przymocowanego do końca metalowego pręta (Rys. 1). Pręt ten jest wzbudzany do oscylacji podłużnej z częstotliwością około 70 kHz przez przetworniki piezoelektryczne.

Po przyłożeniu obciążenia testowego następuje przesunięcie częstotliwości w miarę wnikania diamentu w materiał.

To przesunięcie częstotliwości będzie większe, gdy odcisk testowy stanie się większy, to znaczy, gdy diament wnika głębiej w „miękki” materiał. Analogicznie, najmniejsze przesunięcie częstotliwości jest wytwarzane przez twarde materiały testowe; diament wnika tylko nieznacznie w materiał i pozostawia mały odcisk.

To jest sekret testowania twardości UCI: przesunięcie częstotliwości jest proporcjonalne do rozmiaru odcisku testowego wytworzonego przez diament Vickersa. Równanie (1) opisuje tę podstawową zależność w porównaniu z definicją wartości twardości Vickersa.

Aby przeprowadzić zasadę UCI, sonda zawierająca pręt z diamentem Vickersa przymocowanym do końca kontaktowego jest rezonowana przez ceramikę piezoelektryczną z częstotliwością ultradźwiękową.

Sprężyna przykłada obciążenie, a częstotliwość pręta zmienia się proporcjonalnie do powierzchni kontaktu odcisku wytworzonego przez diament Vickersa. Dlatego wartość twardości nie jest określana wizualnie na podstawie przekątnych odcisku, ale przez elektroniczny pomiar przesunięcia częstotliwości w ciągu kilku sekund.

Przyrząd stale monitoruje częstotliwość, wykonuje obliczenia i natychmiast wyświetla wartość twardości.

Przesunięcie częstotliwości zależy jednak również od modułu Younga, który jest stałą materiałową. Do praktycznego zastosowania metody UCI należy zatem uwzględnić moduł Younga. Przyrząd musi być skalibrowany, gdy należy określić twardość różnych materiałów o różnych wartościach modułu Younga.

Po zakończeniu kalibracji metodę UCI można stosować do wszystkich materiałów wykazujących ten moduł sprężystości. Podczas produkcji sondy są kalibrowane na stalach niskostopowych lub niestopowych; jednak nowoczesne przyrządy testowe można szybko kalibrować, również w miejscu testu, do innych materiałów, takich jak tytan lub miedź.