Твърдост по Викерс. Скала и метод на Викерс. Приложение D (информативно) Несигурност при измерване на твърдостта по Викерс В какви единици се измерва твърдостта по Викерс?

Методът се състои в натискане на диамантен връх (индентор), оформен като правилна тетраедрична пирамида с ъгъл на върха 136°, в пробата (продукта) под натоварване Ри измерване на диагонала на отпечатъка д, оставащи след отстраняване на товара ( ориз. 1.6).

Ориз. 1.6. Метод на Викерс: а – схема на измерване; b – вид печат

[MPa], (1,6)

Ако Ризразено в N, и

[kgf/mm 2], (1,7)

Ако Ризразено в kgf.

Отпечатък диагонал дизмерени с помощта на микроскоп, монтиран на устройството. Номер на твърдост по Викерс Н.В.определя се с помощта на специални таблици въз основа на измерената стойност д.

Методът се използва за определяне на твърдостта на тънки детайли и тънки повърхностни слоеве с висока твърдост. Като правило се използват малки натоварвания: 10, 30, 50, 100, 200, 500 N. Колкото по-тънък е материалът, толкова по-малко трябва да бъде натоварването.

Кинематичната схема на устройството за измерване на твърдост по метода на Викерс е показана в ориз. 1.7.

Ориз. 1.7. Схема на устройство за измерване на твърдостта по Викерс:

1 − Маса за монтиране на образеца; 2 - маховик; 3 – прът с диамантена пирамида;

4− спусък; 5− окачване с призма;

ПредимствоТози метод е, че можете да измервате твърдостта на всякакви материали, тънки продукти, повърхностни слоеве. Висока точност и чувствителност на метода.

Числа на твърдост по Викерс и Бринел за материали с твърдост до 450 NV, практически съвпадат.

Въпреки това, пирамидалните измервания осигуряват по-точни стойности за метали с висока твърдост, отколкото измерванията с топка или конус. Диамантената пирамида има голям върхов ъгъл (136°) и диагоналът на нейната вдлъбнатина е приблизително седем пъти дълбочината на вдлъбнатината, което повишава точността на измерване на вдлъбнатината дори когато пирамидата прониква на малка дълбочина и прави този метод особено подходящ за определяне на твърдостта на тънки или твърди сплави.

При тестване на твърди и крехки слоеве (азотирани, цианирани) понякога се образуват пукнатини (чипове) в близост до ъглите на отпечатъка, по външния вид на които може да се прецени крехкостта на измервания слой.

Метод на микротвърдост - метод на Хрушчов-Беркович

Измерването на микротвърдостта (GOST 9450-76) има за цел да определи твърдостта на отделните зърна, фази и структурни компоненти на сплавта ( ориз. 1.8), много тънки слоеве (стотни от милиметъра), а не „средна“ твърдост, както при измерване на макротвърдост.

Устройство за определяне на микротвърдост от типа PMT-3, разработено от М. М. Хрушчов и Е. С. Беркович ( ориз. 1.9), има статив 1 вертикален микроскоп с тръба, движеща се нагоре и надолу с помощта на макрометричен винт 2 и микрометричен винт 3 . В горния край на тръбата е монтиран окулярен микрометър 4 , а в долния край е фиксиран прът 5 с диамантена пирамида, непрозрачен илюминатор 6 и лещи 7 , Непрозрачният осветител съдържа 6 V крушка, захранвана от мрежата чрез трансформатор.

Устройството е снабдено с две лещи за разглеждане на микросрезове при увеличения от 478 × и 135 ×. Окулярът увеличава 15 пъти.

Микрометърът на окуляра има фиксирана мрежа, остатъчен микрометър и шейна с подвижна мрежа. Върху неподвижната мрежа с дължина 5 мм има щрихи с цифри и квадрат с прав ъгъл, чийто връх съвпада с цифрата 0. Върху подвижната мрежа има квадрат с прав ъгъл и две маркировки.

Ориз. 1.9. Диаграма на устройството PMT-3 за измерване на микротвърдост:

1 − микроскоп; 2 − микрометричен винт; 3 − микрометричен винт; 4 − очен микрометър; 5 − прът с диамантена пирамида; 6 – непрозрачен осветител; 7 − обектив; 8 − маса за монтиране на микроразрези; 9 − дръжка за маса; 10 − винт за маса; 11 − регулиращи винтове;

Твърдостта по Викерс се определя чрез измерване на диагоналите на вдлъбнатината, получена в тестовата повърхност при вдлъбнатина на диамантена тетраедрична пирамида с ъгъл на върха α = 136º (виж Фиг. 3).

Фиг.3. Схема за определяне на твърдостта на метала по метода на Викерс:

След отстраняване на натоварването от вдлъбнатината се измерват диагоналите на отпечатъка д 1 и д 2. Числото на твърдост по Викерс представлява натоварването на единица повърхност на пирамидален отпечатък.

Н.В.
,

където HV е твърдост по Викерс, Р- натоварване;
,д 1 и д 2 - отпечатък диагонали, мм. Обикновено стойността Рприема се в рамките на 50...1000 н (5...100 kgf). Стойностите на диагонала се измерват с помощта на микроскоп. Основните параметри за определяне на твърдостта по Викерс са: натоварване – 30 kgf, време на задържане на стомани – 10...15 с, размерът на числото на твърдостта (kgf/mm 2) не е посочен. Например 420 HV означава твърдостта, получена с тези параметри. Ако параметрите се различават от основните (за цветни метали, продължителността на експозиция на индентора под натоварване се приема 30 с), тогава те са написани, например, 450 HV10/15 - означава, че числото на твърдост по Викерс от 450 е получено при натоварване от 10 kgf(98,1 N), приложен към диамантената пирамида за 15 с.

Условия за извършване на измерванията. Повърхността на образеца за изпитване трябва да има грапавост Ra<0,32 и быть свободной от окисной плёнки и посторонних веществ. Опорная поверхность приборного столика должна быть чистой. Температура испытаний 20°+5°С. Минимальная толщина образца должна быть больше диагонали отпечатка в 1,2 раза для стальных изделий и в 1,5 раза для изделий цветных металлов.

Предимства на метода: възможност за измерване на твърдостта на много твърди и тънки продукти (дебелина по-малка от 0,3 мм), повърхностни слоеве на части, покрития.

недостатъци метод : високи изисквания към чистотата и грапавостта на повърхността на пробата за изпитване.

Метод на микротвърдост

Методът на микротвърдостта е подобен на метода на Викерс. Числото на микротвърдост се определя чрез разделяне на нормалното натоварване, приложено към диамантения връх, изразено в нютони, на условната площ на страничната повърхност на отпечатъка, изразено в мм 2. Например 582 н/мм 2, което съответства на 59.3 kgf/мм 2. Диамантеният връх може да бъде оформен като тетраедрична, ромбична или триъгълна пирамида или бицилиндрична. В обозначенията за твърдост формата на върха се обозначава като индекс на буквата H, например Н □, Н ◊, Н ∆. Стойността на твърдостта се записва в следната форма: H □ =582.

Този метод измерва микротвърдостта на отделните структурни компоненти и фази на сплавите, промените в твърдостта по дълбочината на повърхностния слой и др.

Оборудване и инструменти

Твърдомер по Бринел, твърдомер по Рокуел, твърдомер по Викерс, метални проби.

Работен ред

1. Проучете насоките.

2. Запознайте се с инструментите и техниките за измерване.

3. Измерете твърдостта на метална проба по метода на Бринел.

Определянето на твърдостта HB се извършва на преса по Бринел (твърдомер тип TSh) в следния ред. Тестовият образец (част) се поставя върху масата с полираната повърхност нагоре. Чрез завъртане на маховика инструменталната маса се повдига, така че инденторът (топката) да може да се притисне в изпитваната повърхност. Маховикът се завърта докрай и с натискане на бутон се включва електродвигателят, който постепенно натоварва пръта с фиксирания в него индентор. Топката се притиска в изпитвания материал под въздействието на натоварването. Товарът работи за определено време (10...60 s), зададено от реле за време. След това завъртете маховика, за да премахнете товара, спуснете масата на инструмента и извадете пробата. Диаметърът на отпечатъка се измерва с помощта на четящ микроскоп (лупа по Бринел), чийто окуляр има скала с деления, съответстващи на десети от милиметъра. Измерването се извършва с точност до 0,05 mm в две взаимно перпендикулярни посоки; за да се определи твърдостта, трябва да се вземе средната стойност на получените стойности.

4. Измерете твърдостта на метална проба по метода на Рокуел.

Твърдостта се измерва с уред Rockwell, който има индикатор, прът с индентор, етап, маховик и тежест, която определя големината на натоварването. Индикаторът е циферблат, на който има две скали (черна и червена) и две стрелки - голяма (индикатор за твърдост) и малка - за контрол на количеството на предварително натоварване, придадено от въртенето на маховика. В пръта е монтиран връх с диамантен конус или стоманена топка.

Масата с поставената върху нея проба за измерване се повдига чрез завъртане на маховика, докато малката стрелка застане срещу червената точка на скалата. Това означава, че върхът се притиска в пробата при предварително натоварване от 10 kgf. След това завъртете скалата на индикатора (циферблата), докато числото 0 на черната скала съвпадне с голямата стрелка. След това се включва основното натоварване и след спиране стрелките отчитат стойността на твърдостта по Рокуел, която е число. Масата с пробата се спуска чрез завъртане на маховика.

Твърдостта трябва да се измерва най-малко 3 пъти на една проба, като резултатите се усреднят.

5. Сравнете получените стойности на твърдост (вижте таблица 1) и запишете съответната твърдост на Викерс.

6. Запознайте се с метода на Викерс за измерване на твърдостта на металите.

7. Подгответе отчет за работата.

Метална твърдостнаричаме свойството му да издържа на пластична деформация по време на контактното действие на стандартно тяло на върха върху повърхностните слоеве на материала.

Изпитването на твърдост е основният метод за оценка на качеството на термичната обработка на продукта.

Определяне на твърдостта чрез Метод на Бринел. Методът се основава на вмъкване на стоманена топка в плоска повърхност под товар. Номер на твърдост NVопределя се от отношението на натоварването към сферичната повърхност на отпечатъка.

Метод на Рокуел (HR)се основава на статично притискане в тестовата повърхност на върха при определено натоварване. Стоманените топчета се използват като накрайници за материали с твърдост до 450 HR. В този случай твърдостта се обозначава като HRB. Когато използвате диамантен конус, твърдостта е посочена като HRAили H.R.C.(в зависимост от натоварването).

Твърдост по Викерс (HV)определен чрез статично притискане на диамантена тетраедрична пирамида в тестовата повърхност. По време на теста вдлъбнатината се измерва с точност до 0,001 mm с помощта на микроскоп, който е неразделна част от инструмента Vickers.

Метод на Шор. Същността на този метод е да се определи твърдостта на материала на пробата по височината на отскок на ударника, падащ върху повърхността на изпитваното тяло от определена височина. Твърдостта се оценява в условни единици, пропорционални на височината на отскока на нападателя.

HRC числа за твърдост за някои части и инструменти

Таблица на зависимостите между числата на твърдост по Бринел, Рокуел, Викерс, Шор

Посочените стойности на твърдост по Рокуел, Викерс и Шор съответстват на стойностите на твърдост по Бринел, определени с помощта на топка с диаметър 10 mm.

Отвори с резба

Конструктивни елементи

Таблица със свредла за отвори за нарязване на цилиндрични тръбни резби.

Размери на гаечните гайки

Крепежни елементи

Основни размери на гаечен ключ за глави на шестостенни болтове и шестостенни гайки.

G и M кодове

CNC обработка

Примери, описание и интерпретация на L и M кодове за създаване на управляващи програми на CNC фрезоване и стругове.

Метод на Викерс- метод за измерване на твърдостта на метали и сплави по Викерс. Регулира се от GOST 2999-75 и ISO 6507.

Същността на метода е да се пресова правилна тетраедрична диамантена пирамида с ъгъл 136° между противоположните страни в тествания материал.

Твърдостта на Vickers се изчислява чрез разделяне на натоварването P на повърхността на получената пирамидална вдлъбнатина. Методът на Vickers ви позволява да определите твърдостта на азотирани и циментирани повърхности, както и тънки листови материали.

Има добро съответствие между стойностите на твърдостта на Викерс и Бринел в диапазона от 100 до 450 HV. Твърдостта по Викерс във всички случаи се обозначава с буквите HV без посочване на размерите - kgf/mm² (10MPa).

Основните параметри при измерване на твърдостта по Викерс са натоварване P до 980,7 N (100 kgf) и време на задържане 10-15 s.

В други случаи след символа HV се посочват индекси, разделени с наклонена черта и указващи натоварването и времето на задържане, и разделени с тире - числото на твърдостта.

Недостатъци на метода

Основният недостатък на метода е зависимостта на измерената твърдост от приложеното натоварване или дълбочината на проникване на индентора (феноменът на ефекта на размера, често наричан в англоезичната литература indentation size effect). Тази зависимост е особено изразена при ниски натоварвания.

Твърдостта на материала означава неговата устойчивост на локална пластична деформация, когато в него проникне друго тяло, което не е подложено на такава деформация. От определението следва, че твърдостта на вграденото тяло трябва да надвишава достатъчно твърдостта на тестовия образец. Нека разгледаме определянето на твърдостта по метода на Vickers.

Всички методи се различават както по технологията на измерване, така и по използваните инструменти и устройства. Най-често срещаните три метода за определяне на твърдостта са:

• Устойчивост на натискане на твърд връх (индентор) в пробата за изпитване. Формата на индентора може да бъде най-разнообразна - под формата на конус, топка, пирамида и др.
• Устойчивост на надраскване чрез еталонни проби с висока якост.
• Определяне на съпротивлението при търкаляне на махало, при което изпитваното тяло е опора на връх с определена форма.

Повечето измервания се правят върху плоска повърхност на материала, който се тества. Всеки метод за определяне на технически характеристики дава определена грешка. За по-голяма точност е необходимо спазване на условията за размер на пробата и минималната й дебелина. В допълнение, всяка техника работи само в рамките на определен диапазон от стойности на измерване.

Същността на метода

Методът за определяне на твърдостта на Викерс се основава на изследване на зависимостта на дълбочината на проникване на диамантен конус (индентор) в изследвания материал от величината на силата. След премахване на силата върху повърхността на пробата остава отпечатък, съответстващ на дълбочината на потапяне на индентора. Поради факта, че геометричните размери на индентора са известни и строго регулирани, вместо дълбочината на потапяне се определя площта на вдлъбнатината в повърхностния слой на изпитвания материал.

Определянето на твърдостта на Викерс е възможно за вещества с най-високи стойности, тъй като тестовият конус е пирамида от диамант, която има максималната известна твърдост.

Инденторът е направен под формата на четириъгълна пирамида с ъгли между стените 136°. Този ъгъл е избран, за да се доближат стойностите на метода на Викерс до метода на Бринел. По този начин стойностите на твърдостта в диапазона от 400-450 единици са практически еднакви, особено в областта на по-ниските стойности.

Твърдостта по Викерс се определя чрез натискане на пирамида в пробата за изпитване под въздействието на сила с определена величина. Познавайки приложената сила и площта на вдлъбнатината, е възможно да се определи повърхностната твърдост на изпитвания материал.

Вместо да се изчислява площта на отпечатъка, се използват стойностите на измерените диагонали на ромба, между които има пряка връзка.

Крайният резултат от твърдостта се определя по формулата:

HV = 1,854∙F/d 2

В тази формула F е стойността на силата, а d е диагоналът на диаманта.

Като правило, когато се правят измервания на Vickers, не се използват изчисления по дадената формула, а се използват таблични стойности въз основа на приложената сила, времето на експозиция и получената площ на следата.

Изтеглете GOST 2999-75

Стойността на приложената сила е регулирана и е 30 кг. Времето на експозиция на повърхността обикновено е 10-15 s. Това са най-често срещаните стойности, но в много ситуации е необходимо да се действа върху материала на пробата, като се използват други стойности на силата.

Повечето измервателни уреди са настроени към някои дискретни и строго стандартизирани стойности на силата.

Големината на натоварването зависи от материала, който се измерва (неговата очаквана твърдост). Колкото по-твърда е повърхността на изпитвания материал, толкова по-голямо е натоварването. Това се дължи на желанието да се намали грешката при определяне на площта и да се намали влиянието на вискозитета на материала.

За да се намали грешката, се налагат ограничения и върху размера на тестовата проба. Минималната дебелина на пробата трябва да бъде 1,2-1,5 пъти очаквания диагонал на отпечатъка, в зависимост от вида на метала (по-малката стойност съответства на стомана, по-голямата стойност е предназначена за цветни метали). Разстоянието между ръба на образеца или ръба на предишния отпечатък и центъра на отпечатъка трябва да бъде най-малко 2,5 пъти диагонала.

Специални изисквания се поставят и към чистотата на повърхността. Неговата грапавост не трябва да надвишава 0,16 микрона, което означава, че повърхността трябва да бъде полирана.

Малките линейни размери на пробата изискват използването на микроскоп за измерване на размера на отпечатъка и колкото по-твърда е пробата, толкова по-ясно изображение трябва да предаде микроскопът, за да се поддържа точността на измерването.

Област на приложение

Измерването на твърдостта по метода на Vickers е универсален метод, но дава най-точните стойности при изследване на вещества с висока твърдост. Ниските сили и съответно малките линейни размери на отпечатъка позволяват практически да не се нарушава повърхността на измервания материал.

Методът на Vickers беше доразвит в измерванията на микротвърдостта. Налягането варира от 2 до 500 g, а дълбочината на потапяне на индентора не надвишава 0,2 μm. Такива малки стойности изискват използването на микроскопи с висока мощност на увеличение.

Причината за използването на тази техника е да се измери якостта на покрития с почти всякаква дебелина и твърдост. По този начин няма фундаментални ограничения върху характеризирането на анодизирани, циментирани и азотирани части и инструменти. Това е важно при определяне на качеството на галванични и химически покрития.

Възможни са измервания на много тънки повърхностни слоеве. Например, ако използваме метода на Vickers за определяне на микротвърдостта с дълбочина на потапяне 0,2 µm, тогава допустимата дебелина на материала е 0,3 µm. Дълбочината на слоя закалена стомана с различни техники е десети от милиметъра, дебелината на слоя родий е десетки микрометри.

В домашните лаборатории най-често срещаният тип тестер за твърдост е TP-7R-1. Има пет фиксирани стойности на тестово натоварване с граници на измерване на HV от 8 до 2000.

Предимства и недостатъци на метода

Основният недостатък на метода на Викерс се крие в самия принцип на измерване - зависимостта на получената стойност на измерваната величина от приложеното натоварване. За да се избегнат грешки, големината на приложените сили и времето на излагане на пробата са строго регулирани.

Друг недостатък, който е общ за повечето методи за измерване, е необходимостта от внимателна подготовка на изследваната повърхност.

Сред предимствата на метода е специфичната форма на измервателния уред - индентора. Малката зона на взаимодействие дава възможност за измерване на твърдостта на отделни включвания или зърна в тялото на пробата.

Обозначение на твърдост

Както всяко физическо количество, твърдостта има свое собствено обозначение. Поради наличието на много техники за измерване, всяка от тях изисква собствено обозначение, за да се избегне объркване. Трябва да се отбележи, че някои методи дават желаната стойност като безразмерна, но според метода на Vickers твърдостта се измерва като kgf/mm 2. Размерът не е изписан в нотацията, което предполага наличието му.

Твърдостта по Викерс се обозначава със символите HV, където символите могат да бъдат последвани от стойността на силата и времето на задържане:

• HV 500 – стандартно натоварване 30 kgf (294,2 N) с време на задържане 10-15 s;
• HV 150 10/40 – натоварване 10 kgf (98,07 N) с време на задържане 40 s.

Преводът на стойности, измерени с други методи, се извършва с помощта на стандартни таблици, които са включени в комплектите документация за измервателни уреди и също присъстват в референтната литература.