Vickersi kõvadus. Vickersi skaala ja meetod. Lisa D (informatiivne) Vickersi kõvaduse mõõtemääramatus Millistes ühikutes mõõdetakse Vickersi kõvadust?

Meetod seisneb 136° tipunurgaga korrapärase tetraeedrilise püramiidi kujulise teemantotsiku (indenter) pressimises proovi (toote) sisse koormuse all. R ja trükise diagonaali mõõtmine d, järelejäänud pärast koorma eemaldamist ( riis. 1.6).

Riis. 1.6. Vickersi meetod: a – mõõtmisskeem; b – trükitüüp

[MPa], (1,6)

Kui R väljendatud N ja

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

Kui R väljendatud kgf-des.

Jälje diagonaal d mõõdetakse seadmele paigaldatud mikroskoobiga. Vickersi kõvaduse arv H.V. määratakse spetsiaalsete tabelite abil, mis põhinevad mõõdetud väärtusel d.

Meetodit kasutatakse õhukeste osade ja kõrge kõvadusega õhukeste pinnakihtide kõvaduse määramiseks. Reeglina kasutatakse väikeseid koormusi: 10, 30, 50, 100, 200, 500 N. Mida õhem materjal, seda väiksem peaks olema koormus.

Vickersi meetodil kõvaduse mõõtmise seadme kinemaatiline diagramm on näidatud joonisel riis. 1.7.

Riis. 1.7. Vickersi kõvaduse mõõtmise seadme skeem:

1 − laud näidise paigaldamiseks; 2 - hooratas; 3 – teemantpüramiidiga varras;

4− triger pedaal 5− prismaga 6− mikroskoop;

Eelis See meetod seisneb selles, et saate mõõta mis tahes materjalide, õhukeste toodete, pinnakihtide kõvadust. Meetodi kõrge täpsus ja tundlikkus.

Vickersi ja Brinelli kõvaduse numbrid materjalidele kõvadusega kuni 450 NV, langevad praktiliselt kokku.

Püramiidmõõtmised annavad aga kõrge kõvadusega metallide jaoks täpsemaid väärtusi kui palli või koonusega mõõtmised. Teemantpüramiidil on suur tipunurk (136°) ja selle süvendi diagonaal on ligikaudu seitsmekordne süvendi sügavus, mis suurendab süvendite mõõtmise täpsust ka siis, kui püramiid tungib madalale sügavusele ja muudab selle meetodi eriti sobivaks määramiseks. õhukeste või kõvade sulamite kõvadus.

Kõvade ja rabedate kihtide (nitriidi, tsüaniidiga) testimisel tekivad mõnikord trükise nurkade lähedale praod (laastud), mille välimuse järgi saab hinnata mõõdetava kihi haprust.

Mikrokõvaduse meetod - Hruštšovi-Berkovitši meetod

Mikrokõvaduse mõõtmise (GOST 9450-76) eesmärk on määrata sulami üksikute terade, faaside ja struktuurikomponentide kõvadus ( riis. 1.8), väga õhukesed kihid (sajandikmillimeetrid) ja mitte "keskmine" kõvadus, nagu makrokõvaduse mõõtmisel.

Seade PMT-3 tüüpi mikrokõvaduse määramiseks, mille on välja töötanud M. M. Hruštšov ja E. S. Berkovitš ( riis. 1.9), on statiiv 1 vertikaalmikroskoop, mille toru liigub makromeetrilise kruvi abil üles ja alla 2 ja mikromeetriline kruvi 3 . Toru ülemisse otsa on paigaldatud okulaari mikromeeter 4 ja alumisse otsa on kinnitatud varras 5 teemantpüramiidiga, läbipaistmatu illuminaator 6 ja läätsed 7 , Läbipaistmatus valgustis on 6 V pirn, mis saab toite vooluvõrgust läbi trafo.

Seade on varustatud kahe objektiiviga mikrolõigete vaatamiseks suurendustega 478 × ja 135 ×. Okulaar suurendab 15 korda.

Okulaari mikromeetril on fikseeritud sihik, jääkmikromeetri trummel ja liikuva võrega kelk. Fikseeritud võrgul pikkusega 5 mm on numbritega jooned ja täisnurgaga ruut, mille tipp langeb kokku arvuga 0. Liigutaval võrgul on täisnurga ja kahe märgiga ruut.

Riis. 1.9. Mikrokõvaduse mõõtmise seadme PMT-3 skeem:

1 − mikroskoop; 2 − mikromeetriline kruvi; 3 − mikromeetriline kruvi; 4 − silma mikromeeter; 5 − teemantpüramiidiga varras; 6 – läbipaistmatu illuminaator; 7 − objektiiv; 8 − laud mikrosektsioonide paigaldamiseks; 9 − laua käepide; 10 − lauakruvi; 11 − reguleerimiskruvid;

Vickersi kõvadus määratakse, mõõtes taande diagonaale, mis saadi katsepinnal teemanttetraeedrilise püramiidi tippnurgaga treppimisel. α = 136º (vt joonis 3).

Joonis 3. Metalli kõvaduse määramise skeem Vickersi meetodil:

Pärast taandekoormuse eemaldamist mõõdetakse trükise diagonaalid d 1 ja d 2. Vickersi kõvaduse arv näitab koormust püramiidse jäljendi pinnaühiku kohta.

H.V.
,

kus HV on Vickersi kõvadus, R- koormus;
,d 1 ja d 2 - jäljendi diagonaalid, mm. Tavaliselt väärtus R vastu võetud 50...1000 piires N (5...100 kgf). Diagonaalväärtusi mõõdetakse mikroskoobi abil. Vickersi kõvaduse määramise peamised parameetrid on: koormus – 30 kgf, teraste pidamisaeg – 10...15 Koos, kõvadusnumbri mõõt (kgf/mm 2) ei ole määratud. Näiteks 420 HV tähendab nende parameetritega saadud kõvadust. Kui parameetrid erinevad põhiparameetritest (värviliste metallide puhul võetakse taandri kokkupuute kestuseks koormuse all 30 Koos) siis kirjutatakse need näiteks 450 HV10/15 - tähendab, et koormusel 10 saadi Vickersi kõvadusarv 450 kgf(98,1 N) kantakse teemantpüramiidile 15 jaoks Koos.

Mõõtmiste läbiviimise tingimused. Katsekeha pinna karedus peab olema 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.

Meetodi eelised: võimalus mõõta väga kõvade ja õhukeste toodete kõvadust (paksus alla 0,3 mm), osade pinnakihid, pinnakatted.

Puudused meetod : kõrged nõuded uuritava proovi pinna puhtusele ja karedusele.

Mikrokõvaduse meetod

Mikrokõvaduse meetod on sarnane Vickersi meetodiga. Mikrokõvaduse arv määratakse, jagades teemantotsale rakendatud tavakoormuse njuutonites trükise külgpinna tavapärase pindalaga, väljendatuna mm 2. Näiteks 582 N/mm 2, mis vastab 59.3 kgf/mm 2. Teemantiots võib olla tetraeedrilise, rombikujulise või kolmnurkse püramiidi või bisilindrilise kujuga. Kõvaduse tähistes näidatakse otsa kuju H-tähe indeksina, näiteks Н □, Н ◊, Н ∆. Kõvaduse väärtus kirjutatakse järgmisel kujul: H □ =582.

Selle meetodiga mõõdetakse sulamite üksikute konstruktsioonikomponentide ja faaside mikrokõvadust, kõvaduse muutusi piki pinnakihi sügavust jne.

Seadmed ja tööriistad

Brinelli kõvaduse tester, Rockwelli kõvaduse tester, Vickersi kõvaduse tester, metalliproovid.

Töökäsk

1. Uurige juhiseid.

2. Tutvuge instrumentide ja mõõtmistehnikatega.

3. Mõõtke metalliproovi kõvadus Brinelli meetodil.

Kõvaduse HB määramine viiakse läbi Brinelli pressiga (kõvaduse tester tüüp TSh) järgmises järjekorras. Katseproov (osa) asetatakse esemelauale poleeritud pind ülespoole. Hooratast keerates tõstetakse instrumendilaud nii, et taand (kuul) saab suruda katsetatavasse pinda. Hooratast pööratakse lõpuni ja nupule vajutades lülitatakse sisse elektrimootor, mis koormab järk-järgult varda koos sellesse kinnitatud taandega. Pall surutakse koormuse mõjul testitavasse materjali. Koormus töötab teatud aja (10...60 s), mis on seatud ajareleega. Pärast seda keerake hooratast koormuse eemaldamiseks, langetage instrumendilaud ja eemaldage proov. Trüki läbimõõtu mõõdetakse lugemismikroskoobi (Brinelli suurendusklaasi) abil, mille okulaaril on kümnendikutele millimeetritele vastavate jaotustega skaala. Mõõtmine viiakse läbi 0,05 mm täpsusega kahes üksteisega risti olevas suunas; kõvaduse määramiseks tuleks võtta saadud väärtuste keskmine.

4. Mõõtke metalliproovi kõvadus Rockwelli meetodil.

Kõvaduse mõõtmiseks kasutatakse Rockwelli seadet, millel on näidik, taandriga varras, staadium, hooratas ja kaal, mis määrab koormuse suuruse. Näidik on ketas, millel on kaks skaalat (must ja punane) ja kaks noolt - suur (kõvadusnäidik) ja väike -, et kontrollida hooratta pöörlemisest tuleneva eelkoormuse suurust. Varda sisse on paigaldatud teemantkoonuse või teraskuuliga ots.

Laud koos sellele paigaldatud mõõteprooviga tõstetakse hooratast pöörates üles, kuni väike nool on skaalal punase punkti vastas. See tähendab, et ots surutakse proovi sisse eelkoormusel 10 kgf. Pärast seda keerake indikaatori skaalat (valimisringi), kuni number 0 mustal skaalal langeb kokku suure noolega. Seejärel lülitatakse põhikoormus sisse ja pärast noolte peatumist loetakse Rockwelli kõvaduse väärtus, mis on arv. Laud koos prooviga langetatakse hooratast pöörates.

Ühe proovi kõvadust tuleks mõõta vähemalt 3 korda, tulemuste keskmistamisega.

5. Võrrelge saadud kõvadusväärtusi (vt tabel 1) ja kirjutage üles vastav Vickersi kõvadus.

6. Tutvuge Vickersi metallide kõvaduse mõõtmise meetodiga.

7. Koosta töö kohta aruanne.

Metalli kõvadus nimetada selle omadust vastu pidada plastilisele deformatsioonile standardse otsakeha kokkupuutel materjali pinnakihtidega.

Kõvadustest on peamine meetod toote kuumtöötluse kvaliteedi hindamiseks.

Kõvaduse määramine Brinelli meetod. Meetod põhineb teraskuuli sisestamisel koormuse all tasasele pinnale. Kõvaduse number NV määratakse koormuse ja trükise sfäärilise pinna suhtega.

Rockwelli meetod (HR) põhineb staatilisel pressimisel otsa katsepinnale teatud koormuse all. Teraskuule kasutatakse otsikutena materjalide kõvadusega kuni 450 HR. Sel juhul on kõvadus tähistatud kui HRB. Teemantkoonuse kasutamisel näidatakse kõvadust kui HRA või H.R.C.(olenevalt koormusest).

Vickersi kõvadus (HV) määratakse teemanttetraeedrilise püramiidi staatilise pressimisega katsepinnale. Katse ajal mõõdetakse süvendit 0,001 mm täpsusega mikroskoobi abil, mis on Vickersi instrumendi lahutamatu osa.

Kalda meetod. Selle meetodi olemus seisneb proovimaterjali kõvaduse määramises katsekeha pinnale teatud kõrguselt langeva lööja tagasilöögi kõrguse järgi. Kõvadust hinnatakse tavalistes ühikutes, mis on võrdelised ründaja tagasilöögi kõrgusega.

Mõnede osade ja tööriistade HRC kõvaduse numbrid

Kõvadusarvude vaheliste seoste tabel Brinelli, Rockwelli, Vickersi, Shore'i järgi

Näidatud Rockwelli, Vickersi ja Shore'i kõvaduse väärtused vastavad Brinelli kõvaduse väärtustele, mis on määratud 10 mm läbimõõduga kuuli abil.

Keermestatud augud

Struktuurielemendid

Tabel silindriliste torukeermete lõikamiseks mõeldud aukude jaoks.

Mutri mutri suurused

Kinnitusvahendid

Mutrivõtme põhimõõtmed kuuskantpoldi peade ja kuuskantmutrite jaoks.

G ja M koodid

CNC töötlemine

L- ja M-koodide näited, kirjeldus ja tõlgendus juhtimisprogrammide loomiseks CNC-freesimisel ja treipingil.

Vickersi meetod- Vickersi järgi metallide ja sulamite kõvaduse mõõtmise meetod. Reguleeritud GOST 2999-75 ja ISO 6507 järgi.

Meetodi olemus seisneb selles, et testitavasse materjali surutakse tavaline tetraeedriline teemantpüramiid, mille vastaskülgede vaheline nurk on 136°.

Vickersi kõvadus arvutatakse, jagades koormuse P saadud püramiidi süvendi pindalaga. Vickersi meetod võimaldab määrata nitreeritud ja tsementeeritud pindade, aga ka õhukeste lehtmaterjalide kõvadust.

Vickersi ja Brinelli kõvaduse väärtuste vahel on hea kokkulepe vahemikus 100 kuni 450 HV. Vickersi kõvadus on kõigil juhtudel tähistatud tähtedega HV ilma mõõte märkimata - kgf/mm² (10MPa).

Peamised parameetrid Vickersi kõvaduse mõõtmisel on koormus P kuni 980,7 N (100 kgf) ja hoidmisaeg 10-15 s.

Muudel juhtudel on HV sümboli järel näidatud indeksid, mis on eraldatud kaldkriipsuga ja näitavad koormust ja hoidmisaega ning eraldatakse kriipsuga - kõvaduse numbriga.

Meetodi puudused

Meetodi peamiseks puuduseks on mõõdetud kõvaduse sõltuvus rakendatavast koormusest või taande tungimise sügavusest (suuruse efekti nähtus, mida ingliskeelses kirjanduses sageli nimetatakse indentation size effect). See sõltuvus on eriti väljendunud väikese koormuse korral.

Materjali kõvadus tähendab selle vastupidavust kohalikule plastilisele deformatsioonile, kui sellesse tungib läbi mõni muu keha, mis sellisele deformatsioonile ei allu. Definitsioonist järeldub, et sisseehitatud keha kõvadus peab ületama uuritava proovi kõvadust piisava koguse võrra. Vaatleme kõvaduse määramist Vickersi meetodi abil.

Kõik meetodid erinevad nii mõõtmistehnoloogia kui ka kasutatavate instrumentide ja seadmete poolest. Kõige tavalisemad kolm kõvaduse määramise meetodit on:

• Vastupidavus kõva otsa (taande) vajutamisele uuritavasse proovi. Sisendi kuju võib olla väga mitmekesine - koonuse, palli, püramiidi jne kujul.
• Kriimustuskindlus ülitugevate võrdlusnäidiste abil.
• Pendli veeretakistuse määramine, kus katsekehaks on kindla kujuga tipu tugi.

Enamik mõõtmisi tehakse testitava materjali tasasel pinnal. Iga tehniliste omaduste määramise meetod annab teatud vea. Suurema täpsuse huvides on nõutav vastavus katseproovi suuruse ja minimaalse paksuse tingimustega. Lisaks töötab iga tehnika ainult teatud mõõteväärtuste vahemikus.

Meetodi olemus

Vickersi kõvaduse määramise meetod põhineb teemantkoonuse (indenteri) uuritavasse materjali läbitungimise sügavuse sõltuvuse uurimisel jõu suurusest. Pärast jõu eemaldamist jääb proovi pinnale jäljend, mis vastab süvendi sukeldumissügavusele. Tulenevalt asjaolust, et taande geomeetrilised mõõtmed on teada ja rangelt reguleeritud, määratakse sukeldumissügavuse asemel katsematerjali pinnakihi süvendi pindala.

Vickersi kõvadust on võimalik määrata kõrgeimate väärtustega ainete puhul, kuna katsekoonus on teemandipüramiid, millel on suurim teadaolev kõvadus.

Sisend on tehtud nelinurkse püramiidi kujul, mille tahkude vahelised nurgad on 136°. See nurk valiti selleks, et viia Vickersi meetodi väärtused Brinelli meetodile lähemale. Seega on kõvaduse väärtused vahemikus 400-450 ühikut praktiliselt samad, eriti madalamate väärtuste piirkonnas.

Vickersi kõvadus määratakse püramiidi surumisega uuritavasse proovi teatud suurusjärgu jõu mõjul. Teades rakendatud jõudu ja süvendi pindala, on võimalik määrata katsematerjali pinna kõvadus.

Trükipinna arvutamise asemel kasutatakse rombi mõõdetud diagonaalide väärtusi, mille vahel on otsene seos.

Kõvaduse lõpptulemus määratakse järgmise valemiga:

HV = 1,854∙F/d 2

Selles valemis on F jõu väärtus ja d on rombi diagonaal.

Reeglina Vickersi mõõtmiste tegemisel antud valemi järgi arvutusi ei kasutata, vaid kasutatakse tabeliväärtusi, mis põhinevad rakendatud jõul, kokkupuuteajal ja sellest tuleneval jäljepinnal.

Laadige alla GOST 2999-75

Rakendatava jõu väärtus on reguleeritud ja on 30 kg. Säriaeg pinnal on tavaliselt 10-15 s. Need on enimlevinud väärtused, kuid paljudes olukordades tuleb proovimaterjalile tegutseda kasutades teisi jõuväärtusi.

Enamik mõõteriistu on kohandatud teatud diskreetsetele ja rangelt standardiseeritud jõuväärtustele.

Koormuse suurus sõltub mõõdetavast materjalist (selle eeldatavast kõvadusest). Mida kõvem on katsematerjali pind, seda suurem on koormus. Selle põhjuseks on soov vähendada pindala määramise viga ja vähendada materjali viskoossuse mõju.

Vea vähendamiseks seatakse piirangud ka uuritava valimi suurusele. Proovi minimaalne paksus peaks olenevalt metalli tüübist olema 1,2-1,5 korda suurem trükise eeldatavast diagonaalist (väiksem väärtus vastab terasele, suurem väärtus on mõeldud värvilistele metallidele). Näidise serva või eelmise trüki serva ja trükise keskkoha vaheline kaugus peab olema diagonaalist vähemalt 2,5 korda suurem.

Erinõuded on seatud ka pindade puhtusele. Selle karedus ei tohiks ületada 0,16 mikronit, mis tähendab, et pind vajab poleerimist.

Proovi väikesed lineaarsed mõõtmed nõuavad trükise suuruse mõõtmiseks mikroskoobi kasutamist ja mida kõvem on proov, seda selgema pildi peab mikroskoop mõõtmistäpsuse säilitamiseks edasi andma.

Kasutusala

Kõvaduse mõõtmine Vickersi meetodil on universaalne meetod, kuid see annab kõige täpsemad väärtused kõrge kõvadusega ainete uurimisel. Madalad jõud ja vastavalt ka trükise väikesed lineaarsed mõõtmed võimaldavad mõõdetava materjali pinda praktiliselt mitte häirida.

Vickersi meetodit arendati edasi mikrokõvaduse mõõtmisel. Rõhk jääb vahemikku 2–500 g ja süvendi sukeldumissügavus ei ületa 0,2 μm. Sellised väikesed väärtused nõuavad suure suurendusvõimsusega mikroskoopide kasutamist.

Selle tehnika kasutamise põhjuseks on peaaegu igasuguse paksuse ja kõvadusega katete tugevuse mõõtmine. Seega ei ole anodeeritud, tsementeeritud ja nitreeritud detailide ja tööriistade iseloomustamisel põhimõttelisi piiranguid. See on oluline galvaaniliste ja keemiliste katete kvaliteedi määramisel.

Võimalik on mõõta väga õhukesi pinnakihte. Näiteks kui kasutame Vickersi meetodit mikrokõvaduse määramiseks sukeldumissügavusega 0,2 µm, siis on materjali lubatud paksus 0,3 µm. Karastatud terasekihi sügavus erinevate tehnikate abil on kümnendikud millimeetrit, roodiumikihi paksus kümneid mikromeetreid.

Kodumaistes laborites on kõige levinum kõvadusmõõturi tüüp TP-7R-1. Sellel on viis fikseeritud katsekoormuse väärtust HV mõõtmispiiridega vahemikus 8 kuni 2000.

Meetodi eelised ja puudused

Vickersi meetodi peamine puudus seisneb mõõtmispõhimõttes endas - mõõdetud suuruse saadud väärtuse sõltuvuses rakendatavast koormusest. Vigade vältimiseks on rakendatavate jõudude suurus ja prooviga kokkupuute aeg rangelt reguleeritud.

Teine puudus, mis on omane enamikule mõõtmismeetoditele, on uuritava pinna hoolika ettevalmistamise vajadus.

Meetodi eeliste hulgas on mõõtevahendi spetsiifiline vorm - taane. Väike interaktsiooniala võimaldab mõõta proovikeha üksikute lisandite või terade kõvadust.

Kõvaduse tähistus

Nagu igal füüsikalisel suurusel, on kõvadusel oma tähistus. Paljude mõõtmismeetodite olemasolu tõttu nõuab segaduse vältimiseks igaüks neist eraldi määramist. Tuleb märkida, et mõned meetodid annavad soovitud väärtuse mõõtmeteta, kuid Vickersi meetodi kohaselt mõõdetakse kõvadust kgf/mm 2. Mõõt ei ole märkuses kirjas, mis viitab selle olemasolule.

Vickersi kõvadust tähistavad sümbolid HV, kus sümbolitele võib järgneda jõu ja hoidmisaja väärtus:

• HV 500 – standardkoormus 30 kgf (294,2 N) hoideajaga 10-15 s;
• HV 150 10/40 – koormus 10 kgf (98,07 N) hoideajaga 40 s.

Muude meetoditega mõõdetud väärtuste tõlkimine toimub standardtabelite abil, mis sisalduvad mõõteriistade dokumentatsioonikomplektides ja on olemas ka teatmekirjanduses.