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硬度是材料力學(xué)性能中很重要的一項(xiàng)指標(biāo)，和強(qiáng)度一樣，它們其實(shí)都是在考量材料受力與變形之間的關(guān)系。因此，傳統(tǒng)的硬度測(cè)量手段，或者說，試驗(yàn)方法，都是與力值（也就是負(fù)荷）直接相關(guān)的，比如，常見的布、洛、維硬度計(jì)，包括韋伯斯特硬度計(jì)、巴氏硬度計(jì)，都是直接將力加載在材料表面，然后觀察變形，只不過，有的關(guān)注的是水平方向的變形（布氏）、有的關(guān)注的是深度方向的變形（洛氏）、有的給予綜合考慮（維氏）。當(dāng)然，隨著機(jī)電技術(shù)和光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及為了應(yīng)用的方便，于是又出現(xiàn)了電機(jī)加載、CCD觀察壓痕等等形式。

 
但是，萬變不離其宗，馬甲再怎么換，這些傳統(tǒng)的試驗(yàn)方式其實(shí)質(zhì)還是一樣，輔助技術(shù)的出現(xiàn)，并不代表著這些試驗(yàn)方法變得更*了，而它們（布絡(luò)維）的換算關(guān)系也仍然是基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
 
里氏硬度計(jì)則是*不同的試驗(yàn)方法，它不再是直接的力與變形的關(guān)系，實(shí)際上，借助的是動(dòng)量守恒原理。質(zhì)量一定的一個(gè)球頭，以已知的初始速度撞擊材料表面，獲得一個(gè)反彈速度，人們用這兩個(gè)速度之比來表征硬度。這里，有個(gè)隱含的前提，即，被測(cè)材料的質(zhì)量相對(duì)于球頭來講，應(yīng)該要足夠大，而且微觀上講，不能因撞擊產(chǎn)生振動(dòng)。所以，里氏在測(cè)量小工件、薄工件（包括薄壁管）是不合適的。
 
大家可能覺得奇怪，不是要講超聲波硬度計(jì)嗎？怎么扯那么遠(yuǎn)？我繞這一大圈的目的，是想幫助大家理解（或者說建立）一個(gè)概念：不同的試驗(yàn)方法之間，不存在誰更、誰更準(zhǔn)確、誰更*的問題，核心在于，針對(duì)具體應(yīng)用，要關(guān)注其合理性與適用性。
 
好，現(xiàn)在可以繞回來了。
 
從前面繞的那一大圈，我們可以知道，傳統(tǒng)的方式是直接加力、然后觀察壓痕。除了洛氏是看壓痕深度之外，布氏值和維氏值其實(shí)是力值F和壓痕面積d²的關(guān)系。這一點(diǎn)，務(wù)請(qǐng)記牢，后面對(duì)于你理解超聲硬度計(jì)的合理性非常有幫助。

先來看看超聲硬度計(jì)的原理見圖：
 
 


再來看看探頭的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：

下面，我就試著來描述一下其原理。
 
探頭中間是一根振動(dòng)棒，振動(dòng)棒的下端是一個(gè)維氏壓頭。開機(jī)時(shí)，振動(dòng)棒產(chǎn)生超聲振動(dòng)，當(dāng)然，這個(gè)振動(dòng)你肉眼是觀察不到的，但是，可以被固定在振動(dòng)棒上的一組壓電晶片感應(yīng)到，并由此計(jì)算出一個(gè)振動(dòng)頻率。
 
這時(shí)候，讓我們展開想象，把這根振動(dòng)棒看做是一根彈簧，不斷地被壓縮、然后松開，也就是說，以一個(gè)固定的頻率震蕩著。
 
當(dāng)我們把這樣一根“彈簧”的，就是那個(gè)維氏壓頭，緊緊地壓進(jìn)材料表面，會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？我們知道，材料有彈性模量，微觀上，振動(dòng)棒這個(gè)“彈簧”就會(huì)把震蕩傳遞給材料的微觀晶粒，于是這些晶粒也開始震蕩，你同樣可以想象，這是又一根“彈簧”在震蕩。
 
剛開始，這兩根“彈簧”的震蕩頻率并不相同，但逐漸地，它們會(huì)趨于同步，也就是說兩根“彈簧”連在一起后，會(huì)產(chǎn)生共振，（當(dāng)然，這個(gè)“逐漸地”的過程很快，也就一兩秒鐘的事），于是，振動(dòng)棒上的另一組壓電晶片監(jiān)測(cè)到了這個(gè)共振的頻率，這樣，振動(dòng)棒初始的頻率和共振后的頻率的變化量也就可以被計(jì)算出來了。