Durezza Vickers. Scala e metodo Vickers. Appendice D (informativa) Incertezza di misura della durezza Vickers In quali unità viene misurata la durezza Vickers?

Il metodo consiste nell'imprimere una punta diamantata (penetratore), a forma di piramide tetraedrica regolare con un angolo al vertice di 136°, nel campione (prodotto) sotto carico R e misurando la diagonale della stampa D, rimanente dopo aver rimosso il carico ( riso. 1.6).

Riso. 1.6. Metodo Vickers: a – schema di misurazione; b – tipo di stampa

[MPa], (1,6)

Se R espresso in N, e

[kgf/mm²], (1,7)

Se R espresso in kgf.

Diagonale dell'impronta D misurato utilizzando un microscopio montato sul dispositivo. Numero di durezza Vickers H.V. determinato utilizzando tabelle speciali in base al valore misurato D.

Il metodo viene utilizzato per determinare la durezza di parti sottili e strati superficiali sottili con elevata durezza. Di norma vengono utilizzati carichi piccoli: 10, 30, 50, 100, 200, 500 N. Più sottile è il materiale, minore dovrebbe essere il carico.

È mostrato lo schema cinematico di un dispositivo per la misurazione della durezza mediante il metodo Vickers riso. 1.7.

Riso. 1.7. Schema di un dispositivo per misurare la durezza Vickers:

1 − Tavolo per il montaggio del campione; 2 - volano; 3 – asta con piramide di diamanti;

4− pedale di attivazione; 5− sospensione con prisma; 6− microscopio

Vantaggio Questo metodo consente di misurare la durezza di qualsiasi materiale, prodotto sottile, strato superficiale. Elevata precisione e sensibilità del metodo.

Numeri di durezza Vickers e Brinell per materiali con durezza fino a 450 NV, praticamente coincidono.

Tuttavia, le misurazioni piramidali forniscono valori più accurati per i metalli con elevata durezza rispetto alle misurazioni con una sfera o un cono. La piramide diamantata ha un ampio angolo al vertice (136°) e la diagonale della sua rientranza è circa sette volte la profondità della rientranza, il che aumenta la precisione della misurazione della rientranza anche quando la piramide penetra a una profondità ridotta e rende questo metodo particolarmente adatto per determinare la durezza di leghe sottili o dure.

Quando si testano strati duri e fragili (nitrurati, cianurati), a volte si formano delle crepe (scheggiature) vicino agli angoli della stampa, dall'aspetto delle quali si può giudicare la fragilità dello strato misurato.

Metodo della microdurezza - Metodo Krusciov-Berkovich

La misurazione della microdurezza (GOST 9450-76) mira a determinare la durezza dei singoli grani, fasi e componenti strutturali della lega ( riso. 1.8), strati molto sottili (centesimi di millimetro), e non una durezza “media”, come quando si misura la macrodurezza.

Un dispositivo per determinare la microdurezza del tipo PMT-3, sviluppato da M. M. Krusciov e E. S. Berkovich ( riso. 1.9), ha un treppiede 1 microscopio verticale con tubo che si muove su e giù mediante una vite macrometrica 2 e vite micrometrica 3 . Un micrometro per oculare è montato sull'estremità superiore del tubo 4 e un'asta è fissata all'estremità inferiore 5 con piramide diamantata, oblò opaco 6 e lenti 7 , L'illuminatore opaco contiene una lampadina da 6 V, alimentata dalla rete tramite trasformatore.

Il dispositivo è dotato di due lenti per la visualizzazione di microsezioni con ingrandimenti di 478× e 135×. L'oculare ingrandisce 15 volte.

Il micrometro oculare è dotato di reticolo fisso, tamburo micrometrico residuo e carrello con reticolo mobile. Sulla maglia fissa, lunga 5 mm, sono presenti dei tratti con numeri e un quadrato ad angolo retto, il cui vertice coincide con il numero 0. Sulla maglia mobile è presente un quadrato ad angolo retto e due segni.

Riso. 1.9. Schema del dispositivo PMT-3 per la misurazione della microdurezza:

1 − microscopio; 2 − vite micrometrica; 3 − vite micrometrica; 4 − micrometro oculare; 5 − asta con piramide diamantata; 6 – illuminatore opaco; 7 − lente; 8 − tavola per l'installazione delle microsezioni; 9 − maniglia del tavolo; 10 − vite del tavolo; 11 − viti di regolazione;

La durezza Vickers viene determinata misurando le diagonali della rientranza ottenuta sulla superficie di prova quando si incide una piramide tetraedrica di diamante con un angolo all'apice α = 136º (vedi Fig. 3).

Fig.3. Schema per determinare la durezza del metallo utilizzando il metodo Vickers:

Dopo aver rimosso il carico di rientranza, vengono misurate le diagonali della stampa D 1 e D 2. Il numero di durezza Vickers rappresenta il carico per unità di superficie di un'impronta piramidale.

H.V.
,

dove HV è la durezza Vickers, R- carico;
,D 1 e D 2 - diagonali dell'impronta, mm. Di solito il valore R accettato entro 50...1000 N (5...100 kgf). I valori diagonali vengono misurati utilizzando un microscopio. I parametri principali per determinare la durezza Vickers sono: carico – 30 kgf, tempo di tenuta per gli acciai – 10...15 Con, la dimensione del numero di durezza (kgf/mm 2) non è specificata. Ad esempio 420 HV indica la durezza ottenuta con questi parametri. Se i parametri differiscono da quelli di base (per i metalli non ferrosi, la durata di esposizione del penetratore sotto carico è considerata pari a 30 Con) quindi vengono scritti, ad esempio, 450 HV10/15 - significa che con un carico di 10 è stato ottenuto un numero di durezza Vickers di 450 kgf(98,1 N) applicato alla piramide di diamanti per 15 Con.

Condizioni per effettuare le misurazioni. La superficie del provino deve avere una rugosità 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.

Vantaggi del metodo: la capacità di misurare la durezza di prodotti molto duri e sottili (spessore inferiore a 0,3 mm), strati superficiali di parti, rivestimenti.

Screpolatura metodo : requisiti elevati per la pulizia e la ruvidità della superficie del campione di prova.

Metodo della microdurezza

Il metodo della microdurezza è simile al metodo Vickers. Il numero di microdurezza si determina dividendo il carico normale applicato alla punta di diamante, espresso in newton, per l'area convenzionale della superficie laterale della stampa, espressa in mm 2. Ad esempio, 582 N/mm 2, che corrisponde a 59.3 kgf/mm 2. La punta del diamante può avere la forma di una piramide tetraedrica, rombica, triangolare o bicilindrica. Nelle designazioni di durezza, la forma della punta è indicata come indice della lettera H, ad esempio Н □, Н ◊, Н ∆. Il valore della durezza si scrive nella seguente forma: H □ =582.

Questo metodo misura la microdurezza dei singoli componenti strutturali e delle fasi delle leghe, i cambiamenti di durezza lungo la profondità dello strato superficiale, ecc.

Attrezzature e strumenti

Durometro Brinell, durometro Rockwell, durometro Vickers, campioni di metallo.

Ordine di lavoro

1. Studia le linee guida.

2. Familiarizzare con gli strumenti e le tecniche di misurazione.

3. Misurare la durezza di un campione di metallo utilizzando il metodo Brinell.

La determinazione della durezza HB viene effettuata su una pressa Brinell (durometro tipo TSh) nel seguente ordine. Il campione di prova (parte) viene posizionato sul tavolo portaoggetti con la superficie lucida rivolta verso l'alto. Ruotando il volano, il tavolo dello strumento viene sollevato in modo che il penetratore (sfera) possa essere premuto nella superficie da testare. Si ruota completamente il volano e premendo un pulsante si accende il motore elettrico che carica gradualmente l'asta con il penetratore fissato al suo interno. La sfera viene premuta nel materiale da testare sotto l'influenza del carico. Il carico funziona per un certo tempo (10...60 s), impostato da un relè temporale. Successivamente, girare il volano per rimuovere il carico, abbassare il tavolo dello strumento e rimuovere il campione. Il diametro dell'impronta viene misurato utilizzando un microscopio da lettura (lente d'ingrandimento Brinell), il cui oculare presenta una scala con divisioni corrispondenti a decimi di millimetro. La misurazione viene effettuata con una precisione di 0,05 mm in due direzioni tra loro perpendicolari; per determinare la durezza è opportuno prendere la media dei valori ottenuti.

4. Misurare la durezza di un campione di metallo utilizzando il metodo Rockwell.

La durezza viene misurata utilizzando un dispositivo Rockwell, che dispone di un indicatore, un'asta con penetratore, una fase, un volano e un peso che determina l'entità del carico. L'indicatore è un quadrante sul quale sono presenti due scale (nera e rossa) e due frecce - una grande (indicatore di durezza) e una piccola - per controllare la quantità di precarico impartita dalla rotazione del volano. Nell'asta è installata una punta con cono diamantato o sfera d'acciaio.

Il tavolo su cui è installato il campione di misura viene sollevato ruotando il volano finché la piccola freccia non si trova di fronte al punto rosso sulla scala. Ciò significa che la punta viene premuta nel campione con un precarico di 10 kgf. Successivamente, ruotare la scala dell'indicatore (cerchio del quadrante) finché il numero 0 sulla scala nera non coincide con la freccia grande. Quindi viene acceso il carico principale e dopo l'arresto le frecce leggono il valore di durezza Rockwell, che è un numero. Il tavolo con il campione viene abbassato ruotando il volano.

La durezza deve essere misurata almeno 3 volte su un campione, calcolando la media dei risultati.

5. Confrontare i valori di durezza ottenuti (vedi Tabella 1) e annotare la corrispondente durezza Vickers.

6. Familiarizza con il metodo Vickers per misurare la durezza dei metalli.

7. Preparare una relazione sul lavoro.

Durezza del metallo chiamano la sua proprietà di resistere alla deformazione plastica durante l'azione di contatto di un corpo punta standard sugli strati superficiali del materiale.

La prova di durezza è il metodo principale per valutare la qualità del trattamento termico di un prodotto.

Determinazione della durezza mediante Metodo Brinell. Il metodo si basa sull'inserimento di una sfera d'acciaio su una superficie piana sotto carico. Numero di durezza NV determinato dal rapporto tra il carico e la superficie sferica della stampa.

Metodo Rockwell (HR) si basa sulla pressione statica sulla superficie di prova della punta sotto un determinato carico. Le sfere in acciaio vengono utilizzate come punte per materiali con durezza fino a 450 HR. In questo caso, la durezza è indicata come HRB. Quando si utilizza un cono diamantato, la durezza è indicata come HRA O H.R.C.(a seconda del carico).

Durezza Vickers (HV) determinato mediante pressione statica di una piramide tetraedrica di diamante sulla superficie di prova. Durante il test, l'impronta viene misurata con una precisione di 0,001 mm utilizzando un microscopio, che è parte integrante dello strumento Vickers.

Metodo Shore. L'essenza di questo metodo è determinare la durezza del materiale campione in base all'altezza del rimbalzo del percussore che cade sulla superficie del corpo di prova da una certa altezza. La durezza viene valutata in unità convenzionali proporzionali all'altezza del rimbalzo dell'attaccante.

Numeri di durezza HRC per alcune parti e strumenti

Tabella dei rapporti tra i numeri di durezza secondo Brinell, Rockwell, Vickers, Shore

I valori di durezza Rockwell, Vickers e Shore indicati corrispondono ai valori di durezza Brinell determinati utilizzando una sfera di 10 mm di diametro.

Fori filettati

Elementi strutturali

Tabella delle punte per fori per il taglio di filettature di tubi cilindrici.

Dimensioni del dado della chiave

Elementi di fissaggio

Dimensioni chiave di base per teste di bulloni e dadi esagonali.

Codici G e M

Lavorazione CNC

Esempi, descrizione e interpretazione dei codici L e M per la creazione di programmi di controllo su fresatrici e torni CNC.

Metodo Vickers- metodo di misurazione della durezza dei metalli e delle leghe secondo Vickers. Regolamentato da GOST 2999-75 e ISO 6507.

L'essenza del metodo è quella di premere una piramide di diamante tetraedrica regolare con un angolo di 136° tra le facce opposte nel materiale di prova.

La durezza Vickers viene calcolata dividendo il carico P per la superficie della rientranza piramidale risultante. Il metodo Vickers consente di determinare la durezza delle superfici nitrurate e cementate, nonché dei materiali in fogli sottili.

Esiste un buon accordo tra i valori di durezza Vickers e Brinell nell'intervallo da 100 a 450 HV. La durezza Vickers in tutti i casi è indicata dalle lettere HV senza indicare la dimensione - kgf/mm² (10MPa).

I parametri principali quando si misura la durezza Vickers sono il carico P fino a 980,7 N (100 kgf) e il tempo di tenuta 10-15 s.

In altri casi, dopo il simbolo HV, vengono indicati gli indici, separati da una barra che indica il carico e il tempo di tenuta, e separati da un trattino - il numero di durezza.

Svantaggi del metodo

Lo svantaggio principale del metodo è la dipendenza della durezza misurata dal carico applicato o dalla profondità di penetrazione del penetratore (il fenomeno dell'effetto dimensione, spesso chiamato effetto dimensione dell'indentazione nella letteratura inglese). Questa dipendenza è particolarmente pronunciata a carichi bassi.

La durezza di un materiale indica la sua resistenza alla deformazione plastica locale quando un altro corpo, non soggetto a tale deformazione, lo penetra. Dalla definizione segue che la durezza del corpo inglobato deve superare di un valore sufficiente quella del campione di prova. Consideriamo la determinazione della durezza utilizzando il metodo Vickers.

Tutti i metodi differiscono sia nella tecnologia di misurazione che negli strumenti e dispositivi utilizzati. I tre metodi più comuni per determinare la durezza sono:

• Resistenza alla pressione di una punta dura (penetratore) nel campione da testare. La forma del penetratore può essere molto varia: sotto forma di cono, sfera, piramide, ecc.
• Resistenza ai graffi grazie ai campioni di riferimento ad alta resistenza.
• Determinazione della resistenza al rotolamento di un pendolo, dove il corpo di prova è il supporto di una punta di una certa forma.

La maggior parte delle misurazioni vengono effettuate sulla superficie piana del materiale da testare. Ogni metodo per determinare le caratteristiche tecniche dà un certo errore. Per una maggiore precisione, è richiesto il rispetto delle condizioni per la dimensione del campione di prova e il suo spessore minimo. Inoltre, ciascuna tecnica funziona solo entro un determinato intervallo di valori di misurazione.

L'essenza del metodo

Il metodo di determinazione della durezza Vickers si basa sullo studio della dipendenza della profondità di penetrazione di un cono diamantato (penetratore) nel materiale in esame dall'entità della forza. Dopo aver rimosso la forza, sulla superficie del campione rimane un'impronta corrispondente alla profondità di immersione del penetratore. Poiché le dimensioni geometriche del penetratore sono note e rigorosamente regolate, invece della profondità di immersione, viene determinata l'area della rientranza nello strato superficiale del materiale di prova.

La determinazione della durezza Vickers è possibile per le sostanze con i valori più alti, poiché il cono di prova è una piramide di diamante, che ha la massima durezza conosciuta.

Il penetratore ha la forma di una piramide quadrangolare con angoli tra le facce di 136°. Questo angolo è stato scelto in modo da avvicinare i valori del metodo Vickers al metodo Brinnell. Pertanto, i valori di durezza compresi tra 400 e 450 unità sono praticamente gli stessi, soprattutto nell'area dei valori inferiori.

La durezza Vickers viene determinata premendo una piramide nel campione di prova sotto l'influenza di una forza di una certa entità. Conoscendo la forza applicata e l'area della rientranza, è possibile determinare la durezza superficiale del materiale di prova.

Invece di calcolare l'area di stampa, vengono utilizzati i valori delle diagonali misurate del rombo, tra le quali esiste una relazione diretta.

Il risultato finale della durezza è determinato dalla formula:

HV = 1.854∙F/d 2

In questa formula, F è il valore della forza e d è la diagonale del diamante.

Di norma, quando si effettuano misurazioni Vickers, non vengono utilizzati calcoli secondo la formula fornita, ma vengono utilizzati valori tabulati in base alla forza applicata, al tempo di esposizione e all'area della traccia risultante.

Scarica GOST 2999-75

Il valore della forza applicata è regolato ed è di 30 kg. Il tempo di esposizione sulla superficie è solitamente di 10-15 s. Questi sono i valori più comuni, ma in molte situazioni è necessario agire sul materiale campione utilizzando altri valori di forza.

La maggior parte degli strumenti di misura sono regolati su alcuni valori di forza discreti e rigorosamente standardizzati.

L'entità del carico dipende dal materiale da misurare (la sua durezza prevista). Quanto più dura è la superficie del materiale di prova, tanto maggiore è il carico. Ciò è causato dal desiderio di ridurre l'errore nella determinazione dell'area e di ridurre l'influenza della viscosità del materiale.

Per ridurre l'errore, vengono imposte anche restrizioni sulla dimensione del campione di prova. Lo spessore minimo del campione dovrà essere 1,2-1,5 volte la diagonale prevista della stampa, a seconda del tipo di metallo (il valore minore corrisponde all'acciaio, il valore maggiore è destinato ai metalli non ferrosi). La distanza tra il bordo del campione o il bordo della stampa precedente e il centro della stampa deve essere almeno 2,5 volte la diagonale.

Requisiti speciali sono imposti anche alla pulizia delle superfici. La sua rugosità non deve superare 0,16 micron, il che significa che la superficie deve essere lucidata.

Le piccole dimensioni lineari del campione richiedono l'uso di un microscopio per misurare la dimensione della stampa e, più duro è il campione, più chiara è l'immagine che il microscopio deve trasmettere per mantenere la precisione della misurazione.

Area di applicazione

La misurazione della durezza utilizzando il metodo Vickers è un metodo universale, ma fornisce i valori più accurati quando si studiano sostanze con elevata durezza. Forze ridotte e, di conseguenza, piccole dimensioni lineari della stampa consentono praticamente di non disturbare la superficie del materiale da misurare.

Il metodo Vickers è stato ulteriormente sviluppato nelle misurazioni della microdurezza. La pressione varia da 2 a 500 g e la profondità di immersione del penetratore non supera 0,2 μm. Valori così piccoli richiedono l’uso di microscopi con elevato potere di ingrandimento.

Il motivo per cui si utilizza questa tecnica è misurare la resistenza dei rivestimenti di quasi tutti gli spessori e durezze. Pertanto, non esistono restrizioni fondamentali sulla caratterizzazione di parti e strumenti anodizzati, cementati e nitrurati. Questo è importante quando si determina la qualità dei rivestimenti galvanici e chimici.

Sono possibili misurazioni di strati superficiali molto sottili. Se ad esempio utilizziamo il metodo Vickers per determinare la microdurezza con una profondità di immersione di 0,2 µm, lo spessore consentito del materiale sarà di 0,3 µm. Lo spessore dello strato di acciaio temprato mediante varie tecniche è di decimi di millimetro, lo spessore dello strato di rodio è di decine di micrometri.

Nei laboratori domestici, il tipo più comune di durometro è TP-7R-1. Dispone di cinque valori fissi di carico di prova con limiti di misurazione HV da 8 a 2000.

Vantaggi e svantaggi del metodo

Lo svantaggio principale del metodo Vickers risiede nel principio di misurazione stesso: la dipendenza del valore ottenuto del valore misurato dal carico applicato. Per evitare errori, l'entità delle forze applicate e il tempo di esposizione al campione sono strettamente regolati.

Un altro inconveniente comune alla maggior parte dei metodi di misurazione è la necessità di un'attenta preparazione della superficie da studiare.

Tra i vantaggi del metodo c'è la forma specifica dello strumento di misura: il penetratore. La piccola area di interazione consente di misurare la durezza delle singole inclusioni o grani nel corpo del campione.

Designazione della durezza

Come ogni grandezza fisica, la durezza ha una sua designazione. A causa della presenza di numerose tecniche di misurazione, ciascuna di esse richiede una propria designazione per evitare confusione. Va notato che alcuni metodi danno il valore desiderato come adimensionale, ma secondo il metodo Vickers la durezza viene misurata in kgf/mm 2. La dimensione non è scritta nella notazione, il che implica la sua presenza.

La durezza Vickers è indicata con i simboli HV, dove i simboli possono essere seguiti dal valore della forza e del tempo di tenuta:

• HV 500 – carico standard 30 kgf (294,2 N) con tempo di tenuta di 10-15 s;
• HV 150 10/40 – carico 10 kgf (98,07 N) con tempo di tenuta di 40 s.

La traduzione dei valori misurati con altri metodi viene effettuata utilizzando tabelle standard, che sono incluse nei set di documentazione per gli strumenti di misura e sono presenti anche nella letteratura di riferimento.