Vickers hårdhet. Vickers skala och metod. Bilaga D (informativ) Vickers hårdhetsmätningsosäkerhet I vilka enheter mäts Vickers hårdhet?

Metoden består av att pressa in en diamantspets (inslag), formad som en vanlig tetraedrisk pyramid med en spetsvinkel på 136°, in i provet (produkten) under belastning R och mätning av utskriftens diagonal d, kvarstår efter att lasten tagits bort ( ris. 1.6).

Ris. 1.6. Vickers metod: a – mätschema; b – typ av tryck

[MPa], (1,6)

Om R uttryckt i N, och

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

Om R uttryckt i kgf.

Avtryck diagonalt d mätt med ett mikroskop monterat på enheten. Vickers hårdhetsnummer H.V. bestäms med hjälp av speciella tabeller baserade på det uppmätta värdet d.

Metoden används för att bestämma hårdheten hos tunna delar och tunna ytskikt med hög hårdhet. Som regel används små belastningar: 10, 30, 50, 100, 200, 500 N. Ju tunnare materialet är, desto mindre bör belastningen vara.

Det kinematiska diagrammet för enheten för att mäta hårdhet med Vickers-metoden visas i ris. 1.7.

Ris. 1.7. Diagram över en anordning för att mäta Vickers hårdhet:

1 − Tabell för montering av provet; 2 - svänghjul; 3 - stång med en diamantpyramid;

4− avtryckarpedal; 5− upphängning med prisma;

Fördel Denna metod går ut på att man kan mäta hårdheten hos alla material, tunna produkter, ytskikt. Hög noggrannhet och känslighet av metoden.

Vickers och Brinells hårdhetstal för material med hårdhet upp till 450 NV, praktiskt taget sammanfaller.

Men pyramidmätningar ger mer exakta värden för metaller med hög hårdhet än mätningar med en kula eller kon. Diamantpyramiden har en stor spetsvinkel (136°) och diagonalen på dess fördjupning är ungefär sju gånger intryckningsdjupet, vilket ökar noggrannheten för intryckningsmätningen även när pyramiden penetrerar till ett grunt djup och gör denna metod särskilt lämplig för att bestämma hårdheten hos tunna eller hårda legeringar.

Vid testning av hårda och spröda lager (nitrerade, cyaniderade) bildas ibland sprickor (spån) nära tryckets hörn, av vilkas utseende man kan bedöma bräckligheten hos lagret som mäts.

Mikrohårdhetsmetod - Chrusjtjov-Berkovich-metoden

Mikrohårdhetsmätning (GOST 9450-76) syftar till att bestämma hårdheten hos enskilda korn, faser och strukturella komponenter i legeringen ( ris. 1.8), mycket tunna lager (hundradelar av en millimeter), och inte en "genomsnittlig" hårdhet, som när man mäter makrohårdhet.

En anordning för att bestämma mikrohårdhet av typen PMT-3, utvecklad av M. M. Chrusjtjov och E. S. Berkovich ( ris. 1.9), har ett stativ 1 vertikalt mikroskop med ett rör som rör sig upp och ner med hjälp av en makrometrisk skruv 2 och mikrometrisk skruv 3 . En okularmikrometer är monterad på den övre änden av röret 4 , och en stång är fixerad i den nedre änden 5 med diamantpyramid, ogenomskinlig hyttventil 6 och linser 7 , Den ogenomskinliga belysningsinstrumentet innehåller en 6 V glödlampa, som drivs från elnätet genom en transformator.

Enheten är utrustad med två linser för visning av mikrosektioner vid förstoringar på 478 × och 135 ×. Okularet förstoras 15 gånger.

Okularmikrometern har ett fast riktmedel, en restmikrometertrumma och en vagn med ett rörligt riktmedel. På det fasta nätet, 5 mm långt, finns drag med siffror och en kvadrat med rät vinkel, vars spets sammanfaller med talet 0. På det rörliga nätet finns en kvadrat med rät vinkel och två märken.

Ris. 1.9. Diagram över PMT-3-enheten för mätning av mikrohårdhet:

1 − mikroskop; 2 − mikrometrisk skruv; 3 − mikrometrisk skruv; 4 − Okulär mikrometer; 5 − stav med en diamantpyramid; 6 – ogenomskinlig belysning; 7 − lins; 8 − tabell för installation av mikrosektioner; 9 − bordshandtag; 10 − bordsskruv; 11 − justerskruvar;

Vickers hårdhet bestäms genom att mäta diagonalerna för fördjupningen som erhålls i testytan vid indragning av en tetraedrisk diamantpyramid med en spetsvinkel α = 136º (se fig. 3).

Fig.3. Schema för bestämning av metallhårdhet med Vickers-metoden:

Efter att ha tagit bort intryckningsbelastningen mäts utskriftens diagonaler d 1 och d 2. Vickers hårdhetstal representerar belastningen per ytenhet av ett pyramidformigt avtryck.

H.V.
,

där HV är Vickers hårdhet, R- belastning;
,d 1 och d 2 - tryck diagonaler, mm. Vanligtvis värdet R accepteras inom 50...1000 N (5...100 kgf). Diagonalvärdena mäts med hjälp av ett mikroskop. Huvudparametrarna för att bestämma Vickers hårdhet är: belastning – 30 kgf, hålltid för stål – 10...15 Med, dimensionen på hårdhetstalet (kgf/mm 2) är inte specificerad. Till exempel betyder 420 HV den hårdhet som erhålls med dessa parametrar. Om parametrarna skiljer sig från de grundläggande (för icke-järnmetaller antas exponeringstiden för indentern under belastning vara 30 Med) då skrivs de till exempel 450 HV10/15 - betyder att ett Vickers hårdhetstal på 450 erhölls vid en belastning på 10 kgf(98,1 N) applicerad på diamantpyramiden i 15 Med.

Villkor för att utföra mätningar. Ytan på provexemplaret måste ha en grovhet 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.

Fördelar med metoden: förmågan att mäta hårdheten hos mycket hårda och tunna produkter (tjocklek mindre än 0,3 mm), ytskikt av delar, beläggningar.

Brister metod : höga krav på renhet och ojämnhet hos provets yta.

Mikrohårdhetsmetod

Mikrohårdhetsmetoden liknar Vickers-metoden. Mikrohårdhetstalet bestäms genom att dividera den normala belastningen som appliceras på diamantspetsen, uttryckt i newton, med den konventionella arean av tryckets sidoyta, uttryckt i mm 2. Till exempel 582 N/mm 2, vilket motsvarar 59,3 kgf/mm 2. Diamantspetsen kan vara formad som en tetraedrisk, rombisk eller triangulär pyramid, eller bicylindrisk. I hårdhetsbeteckningar anges spetsens form som ett index till bokstaven H, till exempel Н □, Н ◊, Н ∆. Hårdhetsvärdet skrivs i följande form: H □ =582.

Denna metod mäter mikrohårdheten hos enskilda strukturella komponenter och faser av legeringar, förändringar i hårdhet längs ytskiktets djup, etc.

Utrustning och verktyg

Brinell hårdhetstestare, Rockwell hårdhetstestare, Vickers hårdhetstestare, metallprover.

Arbetsorder

1. Studera riktlinjerna.

2. Bekanta dig med instrumenten och mätteknikerna.

3. Mät hårdheten på ett metallprov med hjälp av Brinell-metoden.

Bestämning av hårdhet HB utförs på en Brinell-press (hårdhetsprovare typ TSh) i följande ordning. Testprovet (delen) placeras på objektbordet med den polerade ytan uppåt. Genom att vrida på svänghjulet höjs instrumentbordet så att intryckaren (kulan) kan tryckas in i ytan som testas. Svänghjulet roteras hela vägen, och genom att trycka på en knapp sätts elmotorn på, som gradvis belastar stången med indragaren fixerad i den. Bollen pressas in i materialet som testas under belastningen. Lasten arbetar under en viss tid (10...60 s), inställd av ett tidsrelä. Efter detta, vrid svänghjulet för att ta bort belastningen, sänk ner instrumentbordet och ta bort provet. Diametern på trycket mäts med ett läsmikroskop (Brinell förstoringsglas), vars okular har en skala med indelningar motsvarande tiondels millimeter. Mätningen utförs med en noggrannhet på 0,05 mm i två inbördes vinkelräta riktningar; för att bestämma hårdheten bör medelvärdet av de erhållna värdena tas.

4. Mät hårdheten på ett metallprov med Rockwell-metoden.

Hårdheten mäts med hjälp av en Rockwell-enhet, som har en indikator, en stav med en indenter, ett steg, ett svänghjul och en vikt som bestämmer storleken på lasten. Indikatorn är en ratt på vilken det finns två skalor (svart och röd) och två pilar - en stor (hårdhetsindikator) och en liten - för att kontrollera mängden förspänning som ges av svänghjulets rotation. En spets med en diamantkon eller stålkula är installerad i stången.

Bordet med mätprovet installerat höjs genom att vrida svänghjulet tills den lilla pilen är mittemot den röda pricken på skalan. Detta innebär att spetsen pressas in i provet under en förbelastning på 10 kgf. Efter detta, vrid indikatorskalan (cirkeln) tills siffran 0 på den svarta skalan sammanfaller med den stora pilen. Sedan slås huvudlasten på och efter stopp läser pilarna av Rockwell-hårdhetsvärdet, som är en siffra. Bordet med provet sänks genom att svänghjulet vrids.

Hårdheten bör mätas minst 3 gånger på ett prov, med ett genomsnitt av resultaten.

5. Jämför de erhållna hårdhetsvärdena (se tabell 1) och skriv ner motsvarande Vickers hårdhet.

6. Bekanta dig med Vickers metod för att mäta hårdheten hos metaller.

7. Gör en rapport om arbetet.

Metallhårdhet kalla dess egenskap att motstå plastisk deformation under kontaktverkan av en standardspetskropp på materialets ytskikt.

Hårdhetstestning är den huvudsakliga metoden för att bedöma kvaliteten på värmebehandlingen av en produkt.

Bestämning av hårdhet genom Brinell metod. Metoden går ut på att föra in en stålkula på en plan yta under belastning. Hårdhetsnummer NV bestäms av förhållandet mellan belastningen och tryckets sfäriska yta.

Rockwell-metoden (HR) bygger på statisk pressning in i spetsens testyta under en viss belastning. Stålkulor används som spetsar för material med hårdhet upp till 450 HR. I detta fall betecknas hårdhet som HRB. Vid användning av en diamantkon anges hårdheten som HRA eller H.R.C.(beroende på belastning).

Vickers hårdhet (HV) bestäms genom statisk pressning av en tetraedrisk diamantpyramid i testytan. Under testet mäts fördjupningen med en noggrannhet på 0,001 mm med hjälp av ett mikroskop, som är en integrerad del av Vickers-instrumentet.

Strandmetoden. Kärnan i denna metod är att bestämma hårdheten hos provmaterialet genom höjden av rebound av anfallaren som faller på ytan av testkroppen från en viss höjd. Hårdheten bedöms i konventionella enheter proportionell mot höjden på anfallarens retur.

HRC-hårdhetstal för vissa delar och verktyg

Tabell över samband mellan hårdhetstal enligt Brinell, Rockwell, Vickers, Shore

Rockwell-, Vickers- och Shore-hårdhetsvärdena som anges motsvarar Brinell-hårdhetsvärdena fastställda med en kula med en diameter på 10 mm.

Gängade hål

Strukturella element

Tabell över borrar för hål för skärning av cylindriska rörgängor.

Nyckelmutterstorlekar

Fästelement

Grundläggande skiftnyckelmått för sexkantsbulthuvuden och sexkantsmuttrar.

G- och M-koder

CNC-bearbetning

Exempel, beskrivning och tolkning av L- och M-koder för att skapa styrprogram på CNC-fräsning och svarvar.

Vickers metod- metod för att mäta hårdheten hos metaller och legeringar enligt Vickers. Reglerad av GOST 2999-75 och ISO 6507.

Kärnan i metoden är att pressa in en vanlig tetraedrisk diamantpyramid med en vinkel på 136° mellan motsatta ytor i testmaterialet.

Vickers hårdhet beräknas genom att dividera belastningen P med ytarean av den resulterande pyramidformiga fördjupningen. Vickers-metoden låter dig bestämma hårdheten hos nitrerade och cementerade ytor, såväl som tunna plåtmaterial.

Det finns god överensstämmelse mellan Vickers och Brinells hårdhetsvärden i intervallet från 100 till 450 HV. Vickers hårdhet indikeras i alla fall med bokstäverna HV utan att ange dimensionen - kgf/mm² (10MPa).

Huvudparametrarna vid mätning av Vickers hårdhet är last P upp till 980,7 N (100 kgf) och hålltid 10-15 s.

I andra fall, efter HV-symbolen, indikeras index, separerade med ett snedstreck och indikerar belastning och hålltid, och separerade med ett streck - hårdhetsnumret.

Nackdelar med metoden

Den största nackdelen med metoden är beroendet av den uppmätta hårdheten av den applicerade belastningen eller penetrationsdjupet för indentern (fenomenet storlekseffekt, ofta kallad intryckningsstorlekseffekt i engelsk litteratur). Detta beroende är särskilt uttalat vid låga belastningar.

Hårdheten hos ett material betyder dess motståndskraft mot lokal plastisk deformation när en annan kropp som inte är föremål för sådan deformation penetrerar det. Av definitionen följer att hårdheten hos den inbäddade kroppen måste överstiga testprovets hårdhet med en tillräcklig mängd. Låt oss överväga bestämning av hårdhet med Vickers-metoden.

Alla metoder skiljer sig åt i både mätteknik och de instrument och apparater som används. De vanligaste tre metoderna för att bestämma hårdhet är:

• Motstånd mot att trycka in en hård spets (inslag) i testprovet. Formen på indentern kan vara mycket varierande - i form av en kon, boll, pyramid, etc.
• Reptålighet med höghållfasta referensprover.
• Bestämning av rullmotståndet för en pendel, där testkroppen är stödet för en spets av en viss form.

De flesta mätningar görs på den plana ytan av materialet som testas. Varje metod för att bestämma tekniska egenskaper ger ett visst fel. För större noggrannhet krävs överensstämmelse med villkoren för storleken på provet och dess minsta tjocklek. Dessutom fungerar varje teknik bara inom ett visst intervall av mätvärden.

Kärnan i metoden

Vickers hårdhetsbestämningsmetod är baserad på att studera beroendet av penetrationsdjupet av en diamantkon (inslag) i materialet som studeras på kraftens storlek. Efter att kraften har avlägsnats finns ett avtryck kvar på provets yta motsvarande nedsänkningsdjupet för intryckaren. På grund av det faktum att de geometriska dimensionerna på intryckaren är kända och strikt reglerade, istället för nedsänkningsdjupet, bestäms arean av indragningen i ytskiktet av testmaterialet.

Bestämning av Vickers hårdhet är möjlig för ämnen med de högsta värdena, eftersom testkonen är en pyramid av diamant, som har den högsta kända hårdheten.

Indragaren är gjord i form av en fyrkantig pyramid med vinklar mellan ytorna på 136°. Denna vinkel valdes för att föra Vickers-metodens värden närmare Brinnell-metoden. Således är hårdhetsvärdena inom intervallet 400-450 enheter praktiskt taget desamma, särskilt inom området med lägre värden.

Vickers hårdhet bestäms genom att trycka in en pyramid i testprovet under påverkan av en kraft av en viss storlek. Genom att känna till den applicerade kraften och fördjupningens område är det möjligt att bestämma testmaterialets ythårdhet.

Istället för att beräkna ytan på utskriften används värdena för de uppmätta diagonalerna på romben, mellan vilka det finns ett direkt samband.

Det slutliga resultatet av hårdhet bestäms av formeln:

HV = 1,854∙F/d 2

I denna formel är F kraftvärdet och d är diamantens diagonal.

Vid Vickers-mätningar används som regel inga beräkningar enligt den givna formeln, utan tabellvärden används baserat på den applicerade kraften, exponeringstiden och det resulterande spårområdet.

Ladda ner GOST 2999-75

Värdet på den applicerade kraften är reglerad och är 30 kg. Exponeringstiden på ytan är vanligtvis 10-15 s. Dessa är de vanligaste värdena, men i många situationer är det nödvändigt att agera på provmaterialet med hjälp av andra kraftvärden.

De flesta mätinstrument är justerade till några diskreta och strikt standardiserade kraftvärden.

Storleken på belastningen beror på materialet som mäts (dess förväntade hårdhet). Ju hårdare ytan på testmaterialet är, desto större belastning. Detta orsakas av önskan att minska felet vid bestämning av området och minska inverkan av materialets viskositet.

För att minska felet läggs även restriktioner på storleken på provet. Minsta tjocklek på provet bör vara 1,2-1,5 gånger den förväntade diagonalen för utskriften, beroende på typen av metall (det mindre värdet motsvarar stål, det större värdet är avsett för icke-järnmetaller). Avståndet mellan kanten på provet eller kanten på föregående utskrift och mitten av utskriften måste vara minst 2,5 gånger diagonalen.

Särskilda krav ställs också på ytrenhet. Dess grovhet bör inte överstiga 0,16 mikron, vilket innebär att ytan behöver poleras.

De små linjära dimensionerna av provet kräver användning av ett mikroskop för att mäta storleken på utskriften, och ju hårdare provet är, desto tydligare bild måste mikroskopet förmedla för att bibehålla mätnoggrannheten.

Applikationsområde

Hårdhetsmätning med Vickers-metoden är en universell metod, men den ger de mest exakta värdena när man studerar ämnen med hög hårdhet. Låga krafter och följaktligen små linjära dimensioner av trycket gör det möjligt att praktiskt taget inte störa ytan på materialet som mäts.

Vickers-metoden vidareutvecklades i mikrohårdhetsmätningar. Trycket sträcker sig från 2 till 500 g, och nedsänkningsdjupet för indentern överstiger inte 0,2 μm. Sådana små värden kräver användning av mikroskop med hög förstoringseffekt.

Anledningen till att använda denna teknik är att mäta styrkan hos beläggningar av nästan vilken tjocklek och hårdhet som helst. Det finns alltså inga grundläggande begränsningar för karakteriseringen av anodiserade, cementerade och nitrerade delar och verktyg. Detta är viktigt när man ska bestämma kvaliteten på galvaniska och kemiska beläggningar.

Mätningar av mycket tunna ytskikt är möjliga. Om vi ​​till exempel använder Vickers-metoden för att bestämma mikrohårdhet med ett nedsänkningsdjup på 0,2 µm, så är den tillåtna materialtjockleken 0,3 µm. Djupet på det härdade stålskiktet med olika tekniker är tiondelar av en millimeter, tjockleken på rodiumskiktet är tiotals mikrometer.

I inhemska laboratorier är den vanligaste typen av hårdhetstestare TP-7R-1. Den har fem fasta testbelastningsvärden med HV-mätgränser från 8 till 2000.

För- och nackdelar med metoden

Den största nackdelen med Vickers-metoden ligger i själva mätprincipen - beroendet av det erhållna värdet av den uppmätta kvantiteten på den applicerade belastningen. För att undvika fel är storleken på de applicerade krafterna och tiden för exponering för provet strikt reglerade.

En annan nackdel som är gemensam för de flesta mätmetoder är behovet av noggrann förberedelse av ytan som studeras.

Bland fördelarna med metoden är den specifika formen på mätinstrumentet - indentern. Den lilla interaktionsytan gör det möjligt att mäta hårdheten hos enskilda inneslutningar eller korn i provkroppen.

Hårdhetsbeteckning

Som alla fysiska kvantiteter har hårdhet sin egen beteckning. På grund av förekomsten av många mättekniker kräver var och en av dem sin egen beteckning för att undvika förvirring. Det bör noteras att vissa metoder ger önskat värde som dimensionslöst, men enligt Vickers metoden mäts hårdheten som kgf/mm 2. Dimensionen är inte skriven i notationen, vilket antyder dess närvaro.

Vickers hårdhet indikeras av symbolerna HV, där symbolerna kan följas av värdet på kraft och hålltid:

• HV 500 – standardlast 30 kgf (294,2 N) med en hålltid på 10-15 s;
• HV 150 10/40 – last 10 kgf (98,07 N) med en hålltid på 40 s.

Översättning av värden uppmätta med andra metoder utförs med hjälp av standardtabeller, som ingår i dokumentationsset för mätinstrument, och som också finns i referenslitteraturen.