Испытание на твердость по Виккерсу — Vickers hardness test

Испытание на твердость по Виккерсу — Vickers hardness test

Тест на твердость по Виккерсу был разработан в 1921 году Робертом Л. Смитом и Джорджем Э. Сандлендом в Vickers Ltd в качестве альтернативы методу Бринелля для измерения твердости материалов. Испытание Виккерса часто проще в использовании, чем другие испытания на твердость, поскольку требуемые расчеты не зависят от размера индентора, а индентор можно использовать для всех материалов независимо от твердости. Основной принцип, как и во всех обычных измерениях твердости, заключается в наблюдении за способностью материала сопротивляться пластической деформации от стандартного источника. Тест Виккерса можно использовать для всех металлов.и имеет одну из самых широких шкал среди тестов на твердость. Единица твердости, полученная при испытании, известна как число пирамиды Виккерса ( HV ) или твердость алмазной пирамиды ( DPH ). Число твердости можно преобразовать в паскали , но не следует путать с давлением, в котором используются те же единицы. Число твердости определяется нагрузкой по площади поверхности вдавливания, а не по площади, перпендикулярной силе, и поэтому не является давлением.

1 − Столик для установки образца; 2 − маховик; 3 − шток с алмазной пирамидой;

Преимущество данного способа в том, что можно измерять твердость любых материалов, тонкие изделия, поверхностные слои. Высокая точность и чувствительность метода.

Числа твердости по Виккерсу и по Бринеллю для материалов, имеющих твердость до 450 НВ, практически совпадают.

Вместе с тем измерения пирамидой дают более точные значения для металлов с высокой твердостью, чем измерения шариком или конусом. Алмазная пирамида имеет большой угол в вершине (136 °) и диагональ ее отпечатка примерно в семь раз больше глубины отпечатка, что повышает точность измерения отпечатка даже при проникновении пирамиды на небольшую глубину и делает этот способ особенно пригодным для определения твердости тонких или твердых сплавов.

При испытании твердых и хрупких слоев (азотированного, цианированного) около углов отпечатка иногда образуются трещины (отколы), по виду которых можно судить о хрупкости измеряемого слоя.

3.1. Перед измерением твердости производят осмотр образцов (изделий).

3.3. При измерении твердости должна быть обеспечена перпендикулярность приложения действующего усилия к испытуемой поверхности.

3.4. Опорная поверхность столика должна быть чистой. Образец должен лежать на подставке жестко и устойчиво.

3.5. При измерении твердости алмазной пирамидой применяются следующие нагрузки: 9,807 (1); 19,61 (2); 24,52 (2,5); 29,42 (3); 49,03 (5); 98,07 (10); 196,1 (20); 294,2 (30); 490,3 (50); 980,7 (100) Н (кгс).

Для получения более точного результата измерения твердости нагрузка должна быть возможно больше, причем на обратной стороне образца не должно быть заметно следов деформации.

Примечание. Для определения твердости черных металлов и сплавов применяют нагрузки от 49,03 Н (5 кгс) до 980,7 Н (100 кгс); для меди и ее сплавов — от 24,52 Н (2,5 кгс) до 490,3 Н (50 кгс); для алюминиевых сплавов — от 9,807 Н (1 кгс) до 980,7 Н (100 кгс).

(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).

Измерение микротвердости

Метод измерения микротвердости регламентирован ГОСТ 9450. Определение микротвердости (твердости в микроскопически малых объемах) проводят при исследовании отдельных структурных составляющих сплавов, тонких покрытий, а также при из­мерении твердости мелких деталей. Прибор для определения микротвердости состоит из механизма для вдавливания алмазной пи­рамиды под небольшой нагрузкой и металлографического микроскопа. В испытываемую поверхность вдавливают алмазную пира­миду под нагрузкой 0,05…5 Н.

Микротвердость измеряют путем вдавливания в образец (изделие) алмазного индентора под действием статической нагрузки Р в течении определенного времени выдержки т. Число твердости определяют (как и по Виккерсу) делением приложенной нагрузки в Н или кгс на условную площадь боковой поверхности полученного отпечатка в мм2.

Основным вариантом испытания является так называемый метод восстановленного отпечатка, когда размеры отпечатков определяются после снятия нагрузки. Для случая, когда требуется определение дополнительных характеристик материала (упругое восстановление, релаксация, ползучесть при комнатной температуре и др.) допускается проводить испытание по методу невосстановленного отпечатка. При этом размеры отпечатка определяют на глубине вдавливания индентора в процессе приложения нагрузки.

Практически микротвердость определяют по стандартным таблицам дня конкретной формы индентора, нагрузки Р и полученных в испытании размеров диагоналей отпечатка.

В качестве инденторов используют алмазные наконечники разных форм и размеров в зависимости от назначения испытании микротвердости. Основным и наиболее распространенным нконечником является четырехгранная алмазная пирамида с квадратым основанием (по форме подобна индентору, применяющемуся при определении твердости по Виккерсу).

Число микротвердости обозначают цифрами, характеризующими величину твердости со стоящим перед ними символом H с указанием индекса формы наконечника, например, Н□ =3000. Допускается указывать после индекса формы наконечника величину прилагаемой нагрузки, например: Н□ 0,196 =3000 — число микротвердости 3000 Н/мм2, полученное при испытании с четырех гранной пирамидой при нагрузке 0,196 Н. Размерность микротвердости (Н/мм2 или кгс/мм2) обычно не указывают. Если микротвердость определяли по методу невосстановленного отпечанка, то к индексу формы наконечника добавляют букву h (Н□h).

Соотношение значений твердости

При сопоставлении значений твердости, полученных разными методами, между собой и с механическими свойствами материалов необходимо помнить, что приводимые в литературных источниках таблицы или зависимости для такого сопоставительного перевода являются чисто эмпирическими. Физического смысла такой перевод лишен, так как при вдавливании paзличных по форме и размерам инденторов и с разной нагрузкой твердость определяется при совершенно различных напряженных состояниях материала. Даже при одном и том же способе измерения твердости значение сильно зависит от нагрузки: при меньших нагрузках значения твердости получаются более высокими.

Выше были рассмотрены основные методы контроля твердости. Существуют и другие методики контроля, которые основаны на косвенных измерениях значений механических свойств. Например электрические, магнитные, акустические и т.д. Все эти методы основаны на составлении экспериментальных корреляционных таблиц «измеряемый параметр — параметр механических свойств», где все параметры постоянны (химический состав металла, номер плавки, количество загрязнений), а меняются лишь табличные параметры. Такие методы на производстве практически не работают, т.к. например химический состав металлов по ГОСТам требуется в селекте, т.е. может быть в заданном пределе и меняться от плавки к плавке. Составление градуировочных таблиц на каждую партию металла — очень трудоёмкая работа.

Обозначение твердости

Как и любая физическая величина, твёрдость имеет свое обозначение. Из-за наличия множества методик измерений, каждая из них требует своего обозначения во избежание путаницы. Следует заметить, что часть методов выдает искомую величину как безразмерную, но по методу Виккерса твердость измеряется как кгс/мм 2 . В обозначениях размерность не пишут, подразумевая ее наличие.

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

  • HV 500 – стандартная 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.
Читайте также  Зарядное устройство для шуруповерта pit

Перевод значений, измеренных другими методами, производится при помощи стандартных таблиц, которые входят в комплекты документации на измерительные приборы, а также присутствуют в справочной литературе.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Метод Бринелля
При измерении твердости по Бринеллю в испытуемый образец вдавливают индентор в виде стального закаленного шарика диаметром D под нагрузкой P, приложенной в течение определенного времени твердость и

Прибор ТШ-2 для испытания металлов на твердость по методу Бринелля
Прибор ТШ-2 (рисунок 2.2) предназначается для измерения твердости по методу вдавливания стального шарика в соответствии с методикой ГОСТ 9012-59.

Измерение микротвердости
Методом определения микротвердости оценивают твердость отдельных структурных составляющих: отдельных зерен карбидов, металлических соединений или тонких слоев, получающихся в результате химико-терм

Приборы для испытания на твердость методами Виккерса и Бринелля
а — общий вид; б – схема; 1 – микрометрический винт; 2 – окуляр; 3 – микроско

Метод Роквелла
Этот метод измерения твердости (ГОСТ 9013-59) наиболее универсален и наименее трудоемок. Испытания проводят на приборе ТК-2. Здесь нужно измерять размеры отпечатка, так как числа твердости отсчитыв

Приборы для измерения твердости по методу Роквелла
Прибор ТК-2 предназначается для определения твердости металлов и сплавов по методу вдавливания алмазного конуса или стального закаленного шарика под действием заданной нагрузки в течение определенн

Измерение твердости методом Шора
При измерении твердости по Шору груз вместе с укрепленным на нем индентором (обычно это стальной шарик) падает с высоты Нп на образец перпендикулярно его поверхности (рисунок 2.12). Твердость по Шо

Проведение испытаний на твердость по Бринеллю на приборе ТШ-2
2.4.1.1 Используя данные таблицы 2.1, убедитесь, что диаметр шарика (рисунок 2.2) и величина нагрузки 2, установленные на приборе, соответствует характеристикам образца, подлежащего испытанию на тв

Проведение испытаний на твердость по Бринеллю на приборе ТП-2
2.4.2.1 Убедитесь, что нагрузка 17 (рисунок 2.7), установленная на приборе, составляет 613 Н (62,5 кгс). При этом следует иметь в виду, что подвеска передает нагрузку, равную 49 Н (5 кгс).

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

4.1. При измерении твердости должны быть соблюдены следующие условия:

а) плавное возрастание нагрузки до необходимого значения;

б) поддержание постоянства приложенной нагрузки в течение установленного времени.

4.2. Продолжительность выдержки под нагрузкой должна составлять 10-15 с.

4.3. При наличии в стандартах или технических условиях на металлопродукцию особых указаний допускается проводить испытания с более продолжительным временем выдержки под нагрузкой. В этом случае допуск на выдержку должен быть ±2 с.

4.4. Расстояние между центром отпечатка и краем образца или краем соседнего отпечатка должно быть не менее 2,5 длины диагонали отпечатка.

4.5. При неизвестной толщине испытуемого слоя следует произвести несколько измерений при различных нагрузках. Если при этом твердость будет изменяться, то следует уменьшить нагрузки до тех пор, пока при двух смежных нагрузках твердость будет близка по своим значениям или совпадает.

4.6. Испытание проводят при температуре °C.

При разногласиях в измерении твердости испытания должны проводиться при температурах (20±2)°С в умеренном климате и при (27±2)°С в тропическом климате.

(Введен дополнительно, Изм. № 1).

4.7. Количество отпечатков при определении твердости указывают в нормативно-технической документации на металлопродукцию.

(Введен дополнительно, Изм. № 1).

Способ измерения твердости методом царапания

Способами царапания и резания твердость определяется соответственно как сопротивление материала царапанию или резанию. Способ царапания разработал Моос в начале XIX в.; им были предложена шкала твердости минералов по способности одного наносить царапины на поверхности другого. Эта десятибалльная шкала (от талька № 1 до алмаза № 10) используется в минералогии, а также для оценки твердости технической керамики и монокристаллов.

При определении твердости всеми методами (кроме микротвердости) измеряют интегральное значение твердости материала (усредненное для всех структурных составляющих).

Значения твердости нельзя однозначно переводить в значения других механических свойств материала. Однако определение твердости является эффективным способом сравнения друг с другом однотипных материалов и контроля их качества.

заявка

В плавнике штифты крепления и рукав в Конвэр 580 авиалайнера были определены изготовителем самолета , чтобы быть закалены в спецификацию по Виккерсу 390HV5, то «5» означают пять килопондов . Однако на самолете, выполнявшем рейс 394 компании Partnair, позже было обнаружено, что пальцы были заменены на детали, не соответствующие стандарту, что привело к быстрому износу и, в конечном итоге, к потере самолета. При осмотре следователи ДТП обнаружили, что твердость нестандартных штифтов составляла всего около 200-230HV5.