การทดสอบความแข็งแบบ UCI

(วิธี Ultrasonic Contact Impedance)

เช่นเดียวกับการทดสอบความแข็งแบบ Vickers หรือ Brinell มาตรฐาน คำถามเกี่ยวกับขนาดของรอยกดทดสอบในวัสดุที่เกิดจากภาระการทดสอบบางอย่างก็เกิดขึ้นในการทดสอบความแข็งแบบ Vickers ตามวิธี UCI (Ultrasonic Contact Impedance) ด้วย

อย่างไรก็ตาม เส้นทแยงมุมของรอยกดทดสอบ ซึ่งต้องทราบเพื่อกำหนดค่าความแข็งแบบ Vickers นั้น ไม่ได้ถูกประเมินด้วยสายตาตามปกติ แต่พื้นที่รอยกดถูกตรวจจับทางอิเล็กทรอนิกส์โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงของความถี่อัลตราโซนิก.

หัววัด UCI โดยทั่วไปประกอบด้วยเพชร Vickers ที่ติดอยู่กับปลายของแท่งโลหะ (รูปที่ 1) แท่งนี้ถูกกระตุ้นให้เกิดการสั่นตามยาวที่ประมาณ 70 kHz โดยตัวแปลงสัญญาณเพียโซอิเล็กทริก

เมื่อใช้ภาระการทดสอบ จะเกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่เมื่อเพชรเจาะเข้าไปในวัสดุ

การเปลี่ยนแปลงความถี่นี้จะมากขึ้นเมื่อรอยกดทดสอบมีขนาดใหญ่ขึ้น นั่นหมายความว่าเมื่อเพชรเจาะลึกลงไปในวัสดุที่ “อ่อนนุ่ม” ในทำนองเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงความถี่ที่น้อยที่สุดเกิดจากวัสดุทดสอบที่แข็ง เพชรเจาะเข้าไปในวัสดุเพียงเล็กน้อยและทิ้งรอยกดเล็กๆ ไว้

นี่คือความลับของการทดสอบความแข็งแบบ UCI: การเปลี่ยนแปลงความถี่เป็นสัดส่วนกับขนาดของรอยกดทดสอบที่เกิดจากเพชร Vickers สมการ (1) อธิบายความสัมพันธ์พื้นฐานนี้เมื่อเทียบกับการกำหนดค่าความแข็งแบบ Vickers

ในการดำเนินการตามหลักการ UCI หัววัดที่มีแท่งที่มีเพชร Vickers ติดอยู่ที่ปลายสัมผัสจะถูกเรโซแนนซ์โดยเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกที่ความถี่อัลตราโซนิก

สปริงใช้ภาระและค่าความถี่ของแท่งจะเปลี่ยนไปตามสัดส่วนกับพื้นที่สัมผัสของรอยกดที่เกิดจากเพชร Vickers ดังนั้น ค่าความแข็งจึงไม่ได้ถูกกำหนดด้วยสายตาโดยเส้นทแยงมุมของรอยกด แต่โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงความถี่ทางอิเล็กทรอนิกส์ภายในไม่กี่วินาที

เครื่องมือจะตรวจสอบความถี่อย่างต่อเนื่อง ดำเนินการคำนวณ และแสดงค่าความแข็งทันที

อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงความถี่ขึ้นอยู่กับค่ามอดูลัสของยัง (Young's modulus) ซึ่งเป็นค่าคงที่ของวัสดุ ดังนั้น สำหรับการประยุกต์ใช้จริงของวิธี UCI จึงต้องพิจารณาค่ามอดูลัสของยังด้วย ต้องทำการสอบเทียบเครื่องมือเมื่อต้องกำหนดความแข็งของวัสดุต่างๆ ที่มีค่ามอดูลัสของยังแตกต่างกัน

หลังจากทำการสอบเทียบเสร็จสิ้น วิธี UCI สามารถใช้ได้กับวัสดุทั้งหมดที่แสดงค่ามอดูลัสของความยืดหยุ่นนี้ เมื่อทำการผลิต หัววัดจะถูกสอบเทียบกับเหล็กกล้าผสมต่ำหรือเหล็กกล้าที่ไม่ผสม อย่างไรก็ตาม เครื่องมือทดสอบสมัยใหม่สามารถสอบเทียบได้อย่างรวดเร็ว รวมถึงที่สถานที่ทดสอบด้วย สำหรับวัสดุอื่นๆ เช่น ไทเทเนียมหรือทองแดง