Твердость материалов по Виккерсу

Твердость материала значит его сопротивление местной пластической деформации при проникновении в него иного тела, которое не склонно такой деформации. Из определения следует вывод, что твердость внедряемого тела должна превосходить таковую у испытуемого образца на достаточную величину. Рассмотрим обозначение твердости по способу Виккерса.

Все методики отличаются как технологией измерения, так и применяемыми инструментами и устройствами. Самые популярные три методики определения величины твердости:

• Сопротивление вдавливанию твёрдого наконечника (индентора) в подопытный образец. Форма индентора может быть очень многообразной – в виде конуса, шара, пирамиды и т.д.
• Сопротивление царапанию очень прочными эталонными образцами.
• Обозначение сопротивления качения маятника, где подопытное тело служит опорой наконечника конкретной формы.

Большинство измерений проходит на ровной поверхности исследуемого материала. Любая из методик определения технических специфик даёт конкретную погрешность. Для большей точности требуется соблюдение условий по величине испытуемого образца, его небольшой толщине. Более того, каждая методика работает только в конкретном диапазоне значений измерений.

Суть метода

Метод определения твердости по Виккерсу построен на исследовании зависимости глубины проникновения алмазного конуса (индентора) в исследуемый материал от величины усилия. После снятия усилия на поверхности образца остается отпечаток, подходящий глубине погружения индентора. Благодаря тому, что геометрические размеры индентора известны и жестко регламентированы, взамен глубины погружения формируют площадь отпечатка в поверхностном слое испытуемого материала.

Обозначение твердости по Виккерсу возможно для веществ с наивысшими значениями, потому как в качестве испытательного конуса применяется пирамидка из алмаза, который имеет самую большую известную твёрдость.

Индентор сделан в виде четырехугольной пирамиды с углами между гранями 136°. Подобный угол подобран для того, чтобы сблизить значения метода Виккерса со способом Бриннеля. Аналогичным образом, значения твердости в границах 400-450 единиц фактически совпадают, особенно, в области меньших значений.

Твердость по Виккерсу формируют путем вдавливания пирамиды в подопытный образец под воздействием силы конкретной величины. Зная приложенную силу и площадь отпечатка можно определить твердость поверхности испытуемого материала.

Взамен расчета площади отпечатка применяются значения измеренных диагоналей ромба, между которыми находится прямая зависимость.

Финальный результат твёрдости формируют по формуле:

В этой формуле F – это значение силы, а d – диагональ ромба.

В основном, при измерениях по Виккерсу никаких вычислений по приведенной формуле не используют, а применяют табличные значения, исходя из приложенного усилия, времени влияния и результирующей площади следа.

Значение приложенной силы регламентировано и составляет 30 кг. Время влияния на поверхность в большинстве случаев составляет 10-15 с. Это самые популярные значения, впрочем во многих ситуациях нужно влиять на материал образца с помощью других значений силы.

Большинство приборов для измерений отрегулировано для отдельных дискретных и жестко нормированных значений усилия.

Величина нагрузки зависит от измеряемого материала (его возможной твердости). Чем тверже поверхность испытуемого образца материала, тем больше нагрузка. Это вызвано стремлением к уменьшению неточности при подсчете площади и снижения воздействия вязкости материала.

Для уменьшения неточности также предъявляют ограничения по размеру испытуемого образца. Толщина минимум образца должна быть в 1,2-1,5 раза больше возможной диагонали отпечатка все зависит от вида металла (меньшая величина отвечает стали, большая необходима для цветных металлов). Расстояние между краем образца или краем предыдущего отпечатка и центром отпечатка должно быть не менее 2,5 величины диагонали.

Специальные требования предъявляют также к чистоте поверхности. Ее шероховатость не должна быть больше 0,16 мкм, что означает необходимость в полировке поверхности.

Таблица для определения твердости по Виккерсу

Малые линейные размеры образца просят использование микроскопа дл измерения размеров отпечатка, причем, чем тверже образец, тем более четкую картинку должен передавать микроскоп для сохранения точности измерения.

Область использования

Измерение твердости по способу Виккерса – многоцелевой метод, но наиболее точные значения он даёт при исследовании веществ с высокой твёрдостью. Малые усилия и, исходя из этого, маленькие линейные размеры отпечатка дают возможность почти что не нарушать поверхность измеряемого материала.

Последующее развитие метод Виккерса получил при измерениях микротвердости. Величина давления при этом может составлять от 2 до 500 г, а глубина погружения индентора не превышает 0,2 мкм. Столь малые величины просят использования микроскопов с большой увеличительной способностью.

Установка чтобы провести измерения твердости по Виккерсу

Причина использования этой методики состоит в измерениях прочности покрытий фактически любой толщины и твердости. Аналогичным образом, нет принципиальных ограничений по определению параметров анодированных, цементированных и азотированных деталей и инструментов. Это важно при подсчете качества гальванических и покрытий на основе химии.

Возможны измерения очень тонких поверхностных слоев. К примеру, если применять методику Виккерса по определению микротвердости с глубиной погружения 0,2 мкм, то допустимая толщина материала составляет 0,3 мкм. Глубина упрочненного слоя стали во время использования самых разных методик составляет десятые доли миллиметра, толщина слоя родия составляет десятки микрометров.

В российских лабораториях очень популярен твердомер типа ТП-7Р-1. Он имеет пять фиксированных значений испытательной нагрузки с пределами измерений HV от 8 до 2000.

Плюсы и минусы метода

Главный минус метода Виккерса заключен в самом принципе измерений – это зависимость полученного значения измеряемой величины от приложенной нагрузки. Во избежание огрехов, жестко регламентированы величины прилагаемых усилий и время влияния на образец.

Дополнительный минус, который свойственен большинству методов измерений – необходимость в правильной подготовке исследуемой поверхности.

Среди плюсов метода – своеобразная форма инструмента для измерений – индентора. Небольшая площадь взаимные действия позволяет мерить твёрдости некоторых вкраплений или зерен в теле образца.

Обозначение твердости

Как и каждая физическая величина, твёрдость имеет собственное обозначение. Благодаря наличию большинства методик измерений, любая из них просит собственного определения чтобы не было путаницы. Необходимо заметить, что часть методов выдаёт искомую величину как безразмерную, однако по методу Виккерса твердость меряется как кгс/мм 2 . В обозначениях размерность не пишут, имея ввиду ее наличие.

Твердость по Виккерсу отмечается символами HV, где после символов может стоять значение силы и времени выдержки:

• HV 500 – типовая нагрузка 30 кгс (294,2 Н) при времени выдержки 10-15 с;
• HV 150 10/40 – нагрузка 10 кгс (98,07 Н) при выдержке 40 с.

Перевод значений, измеренных иными методами, выполняется с помощью типовых таблиц, которые входят в комплекты документации на приборы для измерений, а еще присутствуют в справочниках.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.