Твердость по виккерсу hv: суть метода, проведение измерений

Укрощение строптивых. Так образно можно назвать измерение твердости по Виккерсу. Метод используют для работы с особо твердыми металлами и их сплавами.

К таким нужен особый подход. Присутствуют в лабораториях и алмазы. В каком качестве?

Измерение твердости по Виккерсу

Из алмазов производят наконечники инденторов. Последние вдавливаются в металл, дабы определить степень его сопротивления.

Только вот, в часть сплавов погрузиться может лишь алмаз – самый твердый минерал на Земле, с показателем по шкале Мооса в 10 баллов.

В большинстве твердомеров, к примеру, аппаратах Роквелла, на инденторе устанавливается конус из закаленной стали.

Для отдельных металлов она сгодится. Даже самый твердый уран по шкале Мооса может похвастаться всего 6-ю баллами, а закаленная сталь – 7,5-8-ю.

Однако, если брать урановые сплавы, они могут быть равнозначны 9-бальному корунду.

Специализация метода не означает, что твердость по Виккерсу запрещено проставлять на мягких материалах. Машина, способная справиться с самыми прочными, измерит и податливые.

Просто, предприятиям, работающим исключительно с мягкими сплавами, нет нужды покупать дорогостоящий твердомер с алмазным наконечником.

Измерение твердости по методу Виккерса отличается не только использованием алмазных вдавливателей, но и возможностью определить степень сопротивления предметов разной величины.

Есть наручные часы? Пружины в них проходят проверку на аппаратах Виккерса.

Каким образом они приспособлены работать одновременно и с массивными, и с миниатюрными предметами, рассмотрим в следующей главе.

Принцип измерения по Виккерсу

Да, да, камень именно вдавливается в поверхность испытуемого материала. Если угол между противоположными гранями пирамиды составляет ровно 136 градусов, измерения должны быть верными.

Опыты проводятся с помощью специального прибора. У него есть  опорный столик, на который кладется испытуемый образец и тот самый индентор с бриллиантовой пирамидой.

Есть пресс, вдавливающий наконечник, и регуляторы нагрузки. Результаты записываются цифрами, к которым прибавляются буквы HV.

Твердость по Виккерсу соответствует диагонали отпечатка от алмазной пирамидки. Отпечаток этот подвергается изучению под микроскопом, точность которого равна 1 микрометру.

На других твердомерах подобных «дивайсов» нет. Поэтому, точность измерений по Виккерсу повышена.

Описание метода можно свести к формуле: HV=P/F(ean/ii2). Под P понимается нагрузка. F обозначает площадь отпечатка.

Интересно, что результат почти не зависит от приложенной нагрузки. Кажется, можно ведь надавить посильнее, или послабже.

Однако, выручает пирамидальная форма индентора. Профиль отпечатка треугольный, то есть, обладает свойствами подобия.

Для убеждения в правильности измерений можно повторить опыт уже на твердомере Бринелля. Это инженер из Швеции.

Его шкала твердости металлов совпадает с отметками Виккерса в пределах от 100 до 450-ти единиц. В этих границах находится, к примеру, твердость стали по Виккерсу.

Выдержка на обоих твердомерах равна 10-15-ти секундам. Это время вдавливания наконечников инденторов в испытуемую поверхность.

Она не должна быть шероховатой. Иначе, результаты могут быть неточными на обоих приборах. Это считается минусом методов.

• Применение измерений по Виккерсу
• Шкала твердости Виккерса позволяет протестировать не только часовые пружины, но и листовые материалы вплоть до гальванического покрытия.
• Гальваника – металлическое напыление, призванное защитить предмет от коррозии, улучшить свойства и эстетику.

Толщина пленки может составлять всего доли миллиметра. Ни один твердомер кроме аппарата Виккерса за такое «не возьмется».

Твердомер Виккерса способен настраиваться на нагрузку от 1-го до 500-от граммов. С таким же успехом аппарат дает давление и в полтонны.

Применение разных грузов, отлаженная электроника, делают твердомер Виккерса универсальным для любых предприятий, особенно, широкого профиля.

Твердость по Виккерсу – ГОСТ, входящий в национальный стандарт Российской Федерации. Прописаны не только требования к той, или иной, продукции, но и запросы по отношению к твердомерам.

Получается, маркировка по Виккерсу – показатель качества товаров. Особенно часто твердость требуется определить в отрасли автомобилестроения.

Но, мало разработать сплав, должный отличаться исключительной твердостью. Нужно еще и доказать, что она именно такова, как прописано в документах. Вот и приходит на помощь твердость по Виккерсу.

Принцип определения сопротивления металлов важен и в ювелирной отрасли. Приобретая драгоценности, люди хотят, чтобы они были носкими.

Это во многом зависит от твердости сплавов. Золотое изделие может быть дорогостоящим, но потерять блеск уже через несколько месяцев эксплуатации.

На украшении останутся множественные царапины от контакта с другими поверхностями. Так что, ориентироваться стоит не только на пробу, но и показатель Виккерса.

Кроме процента главного металла, он зависит от характера и количества примесей – лигатуры. Она в пробах не указывается.

Известно, что золото – мягкий металл. По идее, чем больше лигатуры, тем тверже должен быть сплав.

Получается, из-за соображений носкости можно взять 375-ю пробу, в которой драгоценного сырья всего около 38%? Ан, нет.

Твердость 9-каратного золота ниже показателя 18-каратного (750-я проба) всего на 5 единиц. У первого по Виккерсу 120 единиц, у второго – 125.

А вот злато 585-ой пробы тверже обоих образцов минимум на 10 баллов. Это уже приличный показатель. С золотом разорались. О гальванике упомянули.

Осталось выяснить, какие еще материалы измеряются методом Виккерса. Такие данные и в космосе пригодятся, и в быту не помешают.

Какие материалы измеряются на твердость по Виккерсу

Кроме гальванизированных поверхностей, метод применим к азотированным материалам. Их обрабатывают газом в специальных камерах, насыщая исходную поверхность атомами азота.

Итог – повышенная стойкость к коррозии и выдающаяся микротвердость. Так называют сопротивляемость отдельных областей в структуре материала.

Знак Виккерса ставят и на цементированных поверхностях. Цемент в привычном понимании слова здесь ни при чем.

Верхний слой материала, к примеру, стали, насыщают углеродом. Это придает сплаву особую твердость до 8,5 баллов по шкале Мооса.

По Виккерсу это в районе 750-ти единиц, то есть, почти на 400 HV превосходит твердость металлов.

Виккерсу идея его твердомера пришла в первой половине 20-го столетия. Еще тогда физик решил заложить в прибор систему автоматической обработки данных.

Современные инженеры довели идею предшественника до совершенства, если оно существует.

Стационарные аппараты 21-го века компактны, снабжены всеми возможными настройками. Стоит, правда, такое совершенство немало.

Но, это, как говориться, боль производителей. Дело потребителей, — видеть в инструкциях цифры, позволяющие понять, насколько надежна та, или иная вещь.

Источник: https://tvoi-uvelirr.ru/tverdost-po-vikkersu-shkala-i-metod-vikkersa/

Твердость. Измерение твердости по Роквеллу, Бринеллю, Виккерсу — ООО "ТЕХИНТЕСТ"

Опубликовано 19.09.2016 13:08

Твердость – сопротивление твердого тела изменению формы (деформированию) либо разрушению в поверхностном слое при местных силовых контактных воздействиях. Проецируя это определение на методы неразрушающего контроля, можем получить следующее определение твердости: это свойство материала сопротивляться пластической деформации.

Наибольшее распространение для определения твердости металлов получили методы, основанные на вдавливании индентора в виде стального шарика (методы Бринелля и Роквелла), алмаза в форме пирамиды (метод Виккерса) или алмаза с округлой вершиной (также метод Роквелла) в испытуемый образец.

Давайте рассмотрим отдельной каждый из указанных методов.

Метод Роквелла – метод определения твердости материалов, преимущественно металлов, основанный на вдавливании под заданной нагрузкой в поверхность испытуемого образца специального индентора – алмаза в форме конуса либо стального закаленного шарика.

Метод назван по имени разработавшего его в 1919 году американского металлурга Стенли Роквелла.

Отличием данного метода является применение небольших испытательных нагрузок (60, 100 и 150 кгс), что позволяет применять его для испытания тонких образцов и окончательно обработанных изделий, а также применение специальных шкал твердости, связанных только с глубиной отпечатка.

Шкалы твердости по Роквеллу.

Существует 11 основных шкал для определения твердости по методу Роквелла. Это шкалы A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T, при этом, как упоминалось ранее, наиболее часто используемые среди них – это шкалы А, В и С с испытательной нагрузкой 60, 100 и 150 кгс соответственно.

Таблица 1. Наиболее широко используемые шкалы твёрдости по Роквеллу.

Шкала	Индентор	Нагрузка, кгс
А	Алмазный конус с углом 120° при вершине	60
В	Шарик диаметром 1/16 дюйма из карбида вольфрама (или закалённой стали)	100
С	Алмазный конус с углом 120° при вершине	150

Важно отметить, что чем твёрже материал, тем меньше будет глубина проникновения наконечника в него.

Чтобы при большей твёрдости материала не получалось меньшее число твёрдости по Роквеллу, вводят условную шкалу глубин, принимая за одно её деление глубину, равную 0,002 мм.

При испытании алмазным конусом предельная глубина внедрения составляет 0,2 мм, или 0,2/0,002 = 100 делений, при испытании шариком — 0,26 мм, или 0,26/0,002 = 130 делений.

Нормативные документы для метода Роквелла.

• ГОСТ 9013-59. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу;
• ISO 6508-1: Metallic Materials — Rockwell Hardness Test. Part 1: Test Method (Scales A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T);
• ASTM E-18 Standard Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials;
• ASTM E-140 Standard Hardness Conversion Tables for Metals. Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness.

Метод Виккерса – метод измерения твердости металлов и сплавов, основанный на вдавливании в испытуемый материал правильной четырёхгранной алмазной пирамиды с углом 136° между противоположными гранями. При этом само значение твердости вычисляется путем деления приложенной нагрузки на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка.

Данный метод измерения подходит для определения значений твердости деталей малой толщины из черных и цветных металлов и сплавов; деталей, закаленных на малую глубину, а также деталей, имеющих тонкие слои гальванических покрытий. Основным недостатком метода Виккерса является зависимость измеряемой твёрдости от приложенной нагрузки или глубины внедрения индентора (явление размерного эффекта).

Нормативные документы для метода Виккерса.

• ГОСТ 2999-75 (СТ СЭВ 470-77) – Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу;
• ISO 6507-1:2005 Metallic materials. Vickers hardness test. Part 1: Test method.

Метод Бринелля – один из основных методов определения твердости материалов, основанный на вдавливании в поверхность испытуемого материала металлического шарика из твёрдого сплава с определенным диаметром и дальнейшем измерении диаметра полученного отпечатка. В качестве инденторов используются шарики из твёрдого сплава диаметром 1; 2; 2.5; 5 и 10 мм. Величину нагрузки и диаметр шарика выбирают в зависимости от исследуемого материала. При этом сами исследуемые материалы делят на 5 основных групп:

• сталь, никелевые и титановые сплавы;
• чугун;
• медь и сплавы меди;
• лёгкие металлы и их сплавы;
• свинец, олово.

Кроме этого, вышеприведенные группы могут разделяться на подгруппы в зависимости от твёрдости образцов.

Нормативные документы для метода Бринелля.

• ISO 6506-1:2014 «Metallic materials — Brinell hardness test — Part 1: Test method»;
• ДСТУ ISO 6506-1:2007 «Визначення твердості за Брінеллем. Частина 1. Метод випробування»;
• ASTM E-10 «Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials»;
• ASTM E140-07 «Standard Hardness Conversion Tables for Metals Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness».

Важно, также, отметить, что по ISO 6506-1:2005 (ГОСТ 9012-59) регламентированы следующие основные нагрузки для метода Бринелля: 9.807 Н; 24.52 Н; 49.03 Н; 61.29 Н; 98.07 Н; 153.2 Н; 245.2 Н; 294.2 Н; 306.5 Н; 612.9 Н; 980.7 Н; 1226 Н; 2452 Н; 4903 Н; 7355 Н; 9807 Н; 14 710 Н; 29 420 Н.

Среди недостатков метода можно отметить следующие: применим для материалов с твердостью не более 450 HB; измеряемые значения твердости напрямую зависят от приложенной нагрузки (обратный размерный эффект); по краям отпечатка от индентора образуются навалы и наплывы, что затрудняет измерение как диаметра, так и глубины отпечатка; из-за относительно большого диаметра используемых шариков данный метод неприменим для тонких образцов.

Для измерения твердости материалов по указанным методам используются специальные приборы: портативные и стационарные твердомеры. Подробнее о каждом из видов мы расскажем в следующих статьях.

Источник: https://www.techintest.ru/statyi/91-tverdost-izmerenie-po-rockvellu-branellyu%20vikkersu.html

Методы Виккерса и Шора для твердомеров

09.11.2017 Твёрдость по Виккерсу (HV) определяется путём вдавливания алмазной пирамиды, которая имеет угол при вершине в 136º. Твердость по Виккерсу – это твердость материала, вычисленная из размера отпечатка, произведенного нагружением алмазной пирамидки индентора.

Индентор, применяемый в тестах по Виккерсу — пирамидка с квадратным основанием, противоположные стороны которой сходятся на вершине под углом 136º. Регламентируется ГОСТ 2999-75* (СТ СЭВ 470-77) «Метод измерения твердости по Виккерсу» и ISO 6507.

Твёрдость по Виккерсу вычисляется путём деления нагрузки Р на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка. Метод Виккерса позволяет определять твёрдость азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов.

Наблюдается хорошее совпадение значений твёрдости по Виккерсу и Бринеллю в пределах от 100 до 450 НV. Основными параметрами при измерении твёрдости по Виккерсу являются нагрузка Р до 980,7 Н (100 кгс) и время выдержки 10—15 с.

В результате внедрения на поверхности исследуемого образца остаётся отпечаток в виде ромба (иногда – неправильного). По значению диагонали этого ромба (или среднего арифметического значения обеих диагоналей) устанавливают число твёрдости Виккерса, которое имеет размерность механического давления.

Выпускаемое оборудование, при помощи которого определяется твердость по Виккерсу, относится к машинам статического действия. Они могут быть стационарными и переносными. Линейка видов такого оборудования отечественного производства маркируется ТП (Твёрдость Пирамидальная).

Стандартными условиями для проведения испытаний служат:

• Измерительный диапазон усилий нагружения 49-1176 Н, который в твердомерах ТП имеет 7 положений (ступенчато-изменяемых);
• Время выдержки образца под давлением – не менее 5 с.
• Принцип измерения диагоналей отпечатка

• Число Виккерса (HV) рассчитывается по формуле:
• HV = 2Psin (0,5α/d2) = 1,8544Р/d2,
• где Р — прилагаемая нагрузка (кгc), d — средняя диагональ отпечатка (мм) и α — лицевой угол индентора (136°)
• При измерении твердости по Виккерсу должны быть соблюдены следующие условия:

• плавное возрастание нагрузки до необходимого значения
• обеспечение перпендикулярности приложения действующего усилия к испытуемой поверхности
• поверхность испытуемого образца должна иметь шероховатость не более 0,16 мкм
• поддержание постоянства приложенной нагрузки в течение установленного времени
• расстояние между центром отпечатка и краем образца или соседнего отпечатка должно быть не менее 2,5 длины диагонали отпечатка
• минимальная толщина образца должна быть для стальных изделий больше диагонали отпечатка в 1,2 раза; для изделий из цветных металлов – в 1,5 раза.

Измерение твёрдости по Виккерсу HV выполняется в следующей последовательности.

• Образец или деталь устанавливается на стол прибора измеряемой поверхностью вверх. После этого стол вращением рукоятки маховика поднимают вверх, до лёгкого соприкосновения с индентором.
• Отпускают рычаг, приводя тем самым в движение нагружающий механизм. После установленной с помощью реле времени продолжительности измерения нагрузка снимается и рабочая головка, с закреплённым в ней индентором, возвращается в исходное положение.
• После этого можно развернуть приборный стол с образцом к имеющемуся на станине твердомера отсчётному микроскопу, и замерить диагонали отпечатка.

Предварительные установки твердомера Виккерса производят при помощи рукоятки настройки. При этом с уменьшением толщины образца нагрузку следует принимать меньшей. Твёрдость по Виккерсу иногда указывается при значении рабочей нагрузки. Например, обозначение HV50940 означает твёрдость по Виккерсу в 940 единиц, которая была получена после нагружения образца усилием 50 кг.

Еще примеры обозначения:

• 500 HV — твердость по Виккерсу, полученная при нагрузке F=30 кгс и времени выдержки 10-15 с;
• 220 HV 10/40 — твердость по Виккерсу, полученная при нагрузке 98,07 (10 кгс) и времени выдержки 40 с.

1. Постоянство отношения диагоналей получаемого отпечатка при изменении рабочей нагрузки.
2. Возможность определения твёрдости очень тонких слоёв материала изделия, поскольку в крайнем положении индентор имеет весьма малую площадь поверхности.
3. Повышенная точность результата благодаря высокой твёрдости алмазной пирамидки индентора и отсутствия деформации самой испытательной головки. Измерение твёрдости по Виккерсу отличается повышенной точностью, т.к. диагональ отпечатка d измеряется с помощью специально установленного на твердомере микроскопа с точностью 1-2мкм.
4. Широкий диапазон измерений охватывает сравнительно мягкие металлы  (алюминий, медь и пр.) и высокопрочные стали и твёрдые сплавы.
5. Метод Виккерса позволяет определять твёрдость отдельных слоёв металла, например, цементированного при химико-термической обработке образца, или слоя с изменённым химическим составом (после поверхностного упрочнения или легирования). Кроме гальванизированных поверхностей, метод применим и к азотированным материалам.

К недостаткам метода можно отнести зависимость измеряемой твёрдости от приложенной нагрузки или глубины внедрения индентора (явление размерного эффекта, часто называемого в англоязычной литературе indentation size effect). Особенно сильно эта зависимость проявляется при малых нагрузках.Также к недостаткам метода следует отнести необходимость получения поверхности с малой шероховатостью и относительно большое время испытания.

Практический диапазон измерения твёрдости по Виккерсу 145-1000 HV. Ввиду высокой точности метода, для оценки параметра НV больших партий заготовок широко применяются автоматизированные установки с гидравлическим и электромеханическим приводом, а также с автоматизацией отсчёта результатов, которые выводятся на монитор.

Твёрдость по Шору: методика и оборудование

Твердость по Шору — один из методов измерения твердости материалов. Как правило, используется для измерения твердости низкомодульных материалов. Обычно — полимеров: пластмасс, эластомеров, каучуков и продуктов их вулканизации.

Для измерения дюрометром (твердомером) Шора применяется несколько шкал, используемых для материалов с различными свойствами. Две наиболее распространенных шкалы — тип A и тип D. Шкала типа A предназначена для более мягких материалов, D — для более твердых.

Помимо этого, стандарт ASTM D2240 предусматривает в общей сложности 12 шкал измерений, используемых в зависимости от целевой задачи; различают типы A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S и R.

Метод отличается сравнительно большим разбросом значений результатов измерений, но удобен своей простотой (в том числе конструкцией измерительного прибора) и оперативностью проведения измерений, позволяя производить их, в том числе на готовых изделиях, крупногабаритных деталях и криволинейных поверхностях достаточно больших радиусов. Из-за чего получил широкое распространение в производственной практике.

Принцип измерения следующий:

При испытании материалов, твердость которых не зависит от относительной влажности, дюрометр и образцы для испытания кондиционируют не менее 1 ч в условиях одной из стандартных атмосфер по ГОСТ 12423(ISO 291), защитив их от воздействия прямых солнечных лучей. При испытании материалов, твердость которых зависит от относительной влажности, образцы для испытаний следует кондиционировать по тем же стандартам или согласно соответствующей нормативно-технической документации на испытуемый материал.

При этих же условиях проводят испытание.

Испытуемый образец должен иметь толщину не менее 6 мм. Для достижения необходимой толщины образец для испытаний может состоять из нескольких тонких слоев, но результаты испытаний, полученные с такими образцами, могут не согласовываться с результатами испытаний цельных образцов, так как поверхности таких слоев иногда не полностью соприкасаются друг с другом.

Размеры образцов должны позволять проводить испытание на расстоянии не менее 12 мм от любого края, если только заранее не будет известно, что при испытаниях на меньшем расстоянии от края достигаются идентичные результаты.

Поверхность образца в месте контакта с опорной поверхностью на площади радиусом не менее 6 мм от кончика индентора должна быть очень ровной.

На кривых, неровных или шероховатых поверхностях нельзя получить удовлетворительные результаты измерения твердости с помощью дюрометра.

Испытуемый образец помещают на твердую ровную горизонтальную поверхность. Дюрометр устанавливают в вертикальном положении так, чтобы кончик индентора находился на расстоянии не менее 12 мм от любого края образца.

К опорной поверхности с помощью специального приспособления или груза прилагают давление, достаточное для обеспечения надежного контакта с образцом.

Твёрдость по Шору обозначается в виде числового значения шкалы, к которому приписывается буква, указывающая тип шкалы с явным указанием названия метода измерения твердости или прибора.

• Например: «Твёрдость по Шору 80A».
• Например: «Твёрдость по дюрометру 80A».
• Допускается: «Твёрдость по Шору 80 по шкале D».
• В таблицах допускается обозначение: «Твёрдость, ед. Шор(-а) А».

Метод позволяет измерять глубину начального вдавливания, глубину вдавливания после заданных периодов времени или и то и другое одновременно.

Метод является эмпирическим испытанием. Не существует простой зависимости между твердостью, определяемой с помощью данного метода, и каким-либо фундаментальным свойством испытуемого материала.

Твердость по Шору указывают с округлением до целой единицы. В шкале Шора за 100 единиц принята максимальная твёрдость стабилизированного после закалки на мартенсит образца из углеродистой инструментальной стали, что соответствует высоте падения бойка 13,6± 0,3 мм.

Метод отличается сравнительно большим разбросом значений результатов измерений, но удобен своей простотой (в том числе конструкцией измерительного прибора) и оперативностью проведения измерений, позволяя производить их, в том числе на готовых изделиях, крупногабаритных деталях и криволинейных поверхностях достаточно больших радиусов. Из-за чего получил широкое распространение в производственной практике.

Соотношение между некоторыми шкалами дюрометров Шора

Примерное соотношение разных шкал

A

B

C

D

O

OO

5	10	15	20	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80	85	90	95	100
6	12	17	22	27	32	37	42	47	51	56	62	66	71	76	81	85
9	12	14	17	20	24	28	32	37	42	47	52	59	70	77
6	7	8	10	12	14	16	19	22	25	29	33	39	46	58
8	14	21	28	35	42	48	53	57	61	65	69	72	75	79	84
45	55	62	70	76	80	83	86	88	90	91	93	94	95	97	98

Устройство прибора

В конструкции дюрометров Шора входят следующие части:

1. Опорная поверхность (площадь не менее 100 мм²) с отверстием диаметром от 2,5 до 3,5 мм, центр которого находится на расстоянии не менее 6 мм от любого края опоры.
2. Индентор в виде закаленного стального стержня диаметром 1,10—1,40 мм (см. чертёж).
3. Индикаторное устройство, показывающее степень выдвижения кончика индентора за пределы опорной поверхности. Степень выдвижения может быть измерена непосредственно в условных единицах в диапазоне от 0, для полного выдвижения кончика индентора, равного 2,50 мм + 0,04 мм, до 100 при отсутствии какого-либо выдвижения вообще, что происходит, например, в том случае, когда опорную поверхность индентора плотно прижимают к стеклянной пластинке.
4. Калиброванная пружина для приложения к индентору силы, рассчитанной согласно одной из приведенных ниже формул:

а) F = 550 + 75НA, где F — прилагаемая сила, мН; НA— твердость, определенная по дюрометру типа А; б) F = 445НD, где F — прилагаемая сила, мН; HD — твердость, определенная по дюрометру типа D.

Источник: https://alfatest.ru/support/articles/metody-vikkersa-i-shora-dlya-tverdomerov/

Выбор метода испытания твердости путем вдавливания

Измерения твердости (макротвердости) отличаются от измерений микротвердости тем,

что в испытываемый материал вдавливается тело, проникающее на сравнительно большую глубину, зависящую прежде всего от величины прилагаемой нагрузки и свойств материала.

При этом во многих случаях вдавливается тело больших размеров (шарик Ф10 мм), в результате чего в деформированном объеме оказываются представленными все фазы и структурные составляющие сплава; измеренная твердость характеризует твердость всего изделия.

  Выбор формы, размеров наконечника и величины нагрузки зависят от целей испытаний, структуры, ожидаемых свойств, состояния поверхности и размеров испытываемого изделия. Рассмотрим эти случаи подробнее.

Если же металл имеет сравнительно мелкую и однородную структуру, то даже малые по объему участки испытываемого изделия достаточны для оценки его свойств.

В таких случаях можно проводить испытания вдавливанием тела небольшого размера, например, алмазного конуса или пирамиды, и на меньшую глубину, и, следовательно, при небольшой нагрузке.

   При испытаниях материалов с высокой твердостью, например, закаленной или низкоотпущенной стали, вышеприведенное условие является даже обязательным, так как вдавливание стального шарика или алмаза с большой нагрузкой может вызывать деформацию шарика или скалывание алмаза. Однако, значительное снижение нагрузки нежелательно, так как это приведет к резкому уменьшению деформируемого объема и может дать значения, не характерные для металла изделия.

   Значительное влияние на результаты испытаний твердости оказывает состояние поверхности измеряемого материала, так как поверхностный слой должен наиболее полно характеризовать материал.

Если поверхность неровная содержит окалину, выбоины, вмятины, грубые риски, то отдельные участки в различной степени участвуют в сопротивлении вдавливанию и деформации, что приводит к ошибкам в измерении. Чем меньше нагрузка вдавливания, тем более тщательно должна быть подготовлена поверхность.

В большинстве случаев она должна представлять собой шлифованную горизонтальную площадку, а для измерения микротвердости – полированную. При выполнении шлифа нельзя допускать наклепа поверхностного слоя.

   Измеряемая поверхность должна быть установлена горизонтально, т.е. перпендикулярно действию вдавливаемого тела. Противоположная сторона образца также должна быть зачищена и не иметь окалины, так как последняя при нагружении образца сминается, что искажает результаты измерения.

• Динамические и кинетические способы измерения твердости будут рассмотрены в работе, посвященной ее определению переносными приборами.
•   Методы статических испытаний на твёрдость на стационарных приборах.
•   Наиболее распространены и стандартизированы четыре метода: измерения твердости на стационарных приборах: по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу и Шору, а также метод измерения

микротвёрдости. При измерениях контакт осуществляется вдавливанием индентора определенной формы и размера со степенью деформации 30…40%.

   1.1 Определение твердости вдавливанием стального шарика по Бринеллю.

   Измерение твердости осуществляется в соответствии с ГОСТ 9012. В качестве индентора применяются шарики диаметром 1; 2,5; 5,0 и 10 мм, изготовленные из термически обработанной высокоуглеродистой стали. Выбор диаметра шарика, нагрузки и времени нагружения производится по таблице 1, Приложение А.

D – диаметр шарика, мм;                                  d – диаметр отпечатка, мм;                                           F —  нагрузка вдавливания, кГс.

Рис. 7.1 – Схема измерения и расчётная формула

   Твердость по Бринеллю необходимо определять при постоянном значении F/D2, что обеспечивает для данного материала, Табл.7.1, выполнение условий подобия деформации, а диаметры отпечатков по ГОСТ 9012  должны находиться в пределах 0,2D< d

Источник: https://studopedia.net/11_22973_vibor-metoda-ispitaniya-tverdosti-putem-vdavlivaniya.html

Испытания на твердость

• СОДЕРЖАНИЕ
• Твердость — свойство материала оказывать сопротивление упругой и пластической деформации или разрушению при внедре­нии в поверхностный слой материала другого, более твердого и не получающего остаточной деформации тела — индентора.
• Способы определения твердости в зависимости от временного характера приложения нагрузки и измерения сопротивления вдавливанию индентора подразделяют на:

• статические
• динамические
• кинетические

Наиболее распространенными являются статические методы, при которых нагрузку к индентору прикладывают плавно и постепенно, а время выдержки под нагрузкой регламентируется стандартами на соответствующие методы.

При динамических методах определения твердости индентор подействует на образец с определенной кинетической энергией, затрачиваемой на упругую отдачу и/или формирование отпечатка, динамическую твердость часто называют также твердостью материала при ударе. Твердость при ударе характеризует сопротивление внедрению не только на поверхности образца, но и в некото­ром объеме материала.

Кинетические методы определения твердости основываются на непрерывной регистрации процесса вдавливания индентора с за­писью диаграммы «нагрузка на индентор — глубина внедрения индентора.

По принципу приложения нагрузки способы определения твердости можно подразделить на способы вдавливания, отскока, царапания и резания.

Способы вдавливания являются наиболее распространенными. Твердость в этом случае определяется как сопротивление, которое оказывает испытуемое тело внедрению более твердого индентора и отражает преимущественно сопротивление поверхностных слоев материала пластической деформации.

Способы отскока основаны на измерении твердости по высоте отскока бойка, падающего на испытуемую поверхность. Твердость при этом отражает преиму­щественно сопротивление упругой деформации. Измерение твердости способом отскока широко применяют для контроля качест­ва прокатных валков, больших изделий и конструкций с использо­ванием переносных приборов.

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.

Измерение твердости по Бринеллю

Метод измерения твердости по Бринеллю регламентирован ГОСТ 9012.

При определении твердости этим методом стальной шарик определенного диаметра D вдавливают в тестируемый образец под действием нагрузки Р, приложенной перпендикулярно к поверхности образца, в течение определенного времени. После снятия нагрузки измеряют диаметр отпечатка d. Число твердости по Бринеллю обозначается буквами НВ, и его определяют путем деления нагрузки Р на площадь поверхности сферического отпечатка F.

1. Для удобства имеются таблицы чисел твердости по Бринеллю и зависимости от диаметра шарика D, диаметра отпечатка d и нагрузки Р.
2. 
3. В качестве инденторов используют полированные (Ra 

Источник: https://HeatTreatment.ru/ispytaniya-na-tverdost

Испытание на твердость по Виккерсу — Vickers hardness test

Тестер твердости по Виккерсу

Испытание на твердость по Виккерсу был разработан в 1921 году Роберт Л. Смита и Джорджа Е. Sandland по Виккерсу Ltd в качестве альтернативы Бринеллю метода для измерения твердости материалов. Испытание по Виккерсу часто проще в использовании , чем другие тесты твердости , так как необходимые расчеты зависят от размера индентор, и индентор может быть использован для всех материалов , независимо от их твердости. Основной принцип, как и все общие меры твердости, чтобы наблюдать способность материала сопротивляться пластической деформации от стандартного источника. Испытание по Виккерсу может быть использовано для всех металлов и имеет один из самых широких масштабов среди испытаний на твердости. Единица твердости дается испытание известно как Пирамида Число Виккерса ( HV ) или алмазной пирамиды Твердость ( DPH ). Число твердости могут быть превращены в единицы паскаль , но не следует путать с давлением, которое использует одни и те же единицы. Число твердости определяется нагрузкой по площади поверхности отпечатка и не область нормали к силе, и, следовательно , не под давлением.

Реализация

Пирамидальный алмазный индентор тестера твердости по Виккерсу.

Отступа влево в случае закаленной стали после испытания твердости по Виккерсу. Разница в длине обоего диагоналей и градиенте освещения, являются классическими признаками образца вне-уровня. Это не очень хорошая отступа.

Было решено , что форма индентора должна быть способна производить геометрически подобные впечатления, независимо от их размера; впечатление должно иметь четко определенные точки измерения; и индентор должен иметь высокую устойчивость к самостоятельной деформации. Алмаз в форме квадрата на основе пирамиды удовлетворяет эти условия. Было установлено , что идеальный размер Бринеллю впечатление было 3 / 8 диаметра шара. Как две касательных к окружности на концах хорды 3 г / 8 длинных пересекается в 136 °, было решено использовать это как угол между плоскими гранями наконечника индентор. Это дает угол от каждой грани нормальной к горизонтальной плоскости , нормальной 22 ° с каждой стороны. Угол экспериментально варьировали , и было установлено , что значение твердости , полученные на однородной части материала оставалась постоянной, независимо от нагрузки. Соответственно, нагрузка различных величин применяются к плоской поверхности, в зависимости от твердости материала, подлежащего измерению. Номер HV затем определяется соотношением F / A , где F является сила , приложенная к алмазу в килограммах силы и является площадь поверхности полученного отпечатка в квадратных миллиметрах. Может быть определена по формуле.

A знак равно d 2 2 грех ⁡ ( 136 ∘ / 2 ) , { Displaystyle А = { гидроразрыва {d ^ {2}} {2 Sin (136 ^ { CIRC} / 2)}}}

которые могут быть аппроксимированы путем оценки синусоидальной термин, чтобы дать,

A ≈ d 2 1,8544 , { Displaystyle А около { гидроразрыва {d ^ {2}} {1,8544}}}

где d это средняя длина диагонали , оставленный индентора в миллиметрах. Следовательно,

ЧАС В знак равно F A ≈ 1,8544 F d 2 [ кгс / мм 2 ] { Displaystyle HV = { гидроразрыва {F} {А}} {примерно гидроразрыва {1.8544F} {d ^ {2}}} четырехъядерных [{ {textrm кгс / мм}} ^ {2}]}
,

где Р находится в кгс и d в миллиметрах.

ЧАС В ≈ 0,1891 F d 2 [ Н / мм 2 ] , { Displaystyle HV {около 0,1891} { гидроразрыва {F} {d ^ {2}}} четырехъядерных [{ textrm {Н / мм}} ^ {2}],}

где F в N и d в миллиметрах. Распространенной ошибкой является то , что приведенная выше формула для вычисления числа HV не приводит к ряду с блоком Ньютон на квадратный миллиметр (Н / мм2), но результаты непосредственно в количестве по Виккерсу (обычно указаны без единиц), который находится в факт кгс на квадратный миллиметр (кгс / мм).

Для того, чтобы преобразовать число твердости по Виккерсу в системе единиц СИ число твердости в кгс на квадратный миллиметр (кгс / мм) должно быть умножено со стандартным действием силы тяжести (9,806 65) , чтобы получить твердость в МПа (Н / мм²) и , кроме того , разделить на 1000 , чтобы получить твердость в ГПа.

Число твердости по Виккерсу представлены как xxxHVyy , например 440HV30 , или xxxHVyy / ZZ , если продолжительность силы отличается от 10 с до 15 с, например , 440HV30 / 20, где:

• 440 это число твердости,
• HV дает шкалу твердости ( по Виккерсу),
• 30 показывает нагрузку , используемую в кгс.
• 20 показывает время загрузки , если она отличается от 10 с до 15 с

Значения по Виккерсу, как правило, не зависят от усилия испытания: они выйдут то же самое для 500 гса и 50 кгса, до тех пор, как сила, по меньшей мере, 200 гс.

Для тонких образцов глубина вдавливания может быть проблемой из-за эффекты субстрата. Как правило, толщина образца должна быть больше, чем в 2,5 раза превышает диаметр отступа. В качестве альтернативы отступа глубина может быть рассчитана в соответствии с:

час знак равно d 2 2 загар ⁡ θ 2 ≈ d 7,0006 , { Displaystyle ч = { гидроразрыва {d} {2 { SQRT {2}} {загар гидроразрыва { тета} {2}}}} {примерно гидроразрыва {d} {7,0006}}}

Меры предосторожности

При выполнении испытаний твердости минимального расстояния между углублениями и расстоянием от отступа до края образца должны быть принято во внимание, чтобы избежать взаимодействий между работой закаленных областями и эффектами краев. Эти минимальные расстояния различны для ISO 6507-1 и стандартов ASTM E384.

стандарт
Расстояние между выемками
Расстояние от центра отпечатка до края образца

ISO 6507-1	> 3 · d для стальных и медных сплавов и> 6 · d для легких металлов	2,5 · d для стальных и медных сплавов и> 3 · d для легких металлов
ASTM E384	2,5 · д	2,5 · д

Оценка прочности на разрыв

Если ВН выражается в кгс / мм 2 затем на предел прочности при растяжении (в МПа) материала может быть аппроксимировано как σ U ≈ HV × C ≈ ВН / 0,3, где с является константа , определяемая по пределу текучести, коэффициент Пуассона, работы- закалка экспоненту и геометрических факторов — как правило , в диапазоне от 2 до 4 .. другими словами, если HV выражается в Н / мм 2 (т.е. в МПа) , то предел прочности при растяжении (в МПа) ≈ HV / 3. Однако следует отметить , этот эмпирический закон зависит переменно от упрочняющегося поведения материала.

заявка

В плавнике штифты крепления и рукав в Конвэр 580 авиалайнера были определены изготовителем самолета , чтобы быть закалены до твердости по Виккерсу спецификации 390HV5, то «5» означают пять килопондов .

Однако, на борту самолета летящего Partnair рейса 394 булавки позже были обнаружены, были заменены некондиционных деталей, что приводит к быстрому износу и , наконец , потеря самолета.

При осмотре следователи аварии обнаружила , что некондиционные штифты имели значение твердости лишь некоторую 200-230HV5.

Смотрите также

• Meyers и Чавла (1999). «Раздел 3.8». Механическое поведение материалов . Prentice Hall, Inc.
• ASTM E92: Стандартный метод Виккерса твердости металлических материалов (Withdrawn и заменен E384-10e2)
• ASTM E384: Стандартный метод испытаний для Кнопа и твердость по Виккерсу материалов
• ISO 6507-1: Металлические материалы — тест на твердость по Виккерсу — Часть 1: Метод испытания
• ISO 6507-2: Металлические материалы — тест на твердость по Виккерсу — Часть 2: Проверка и калибровка испытательных машин
• ISO 6507-3: Металлические материалы — тест на твердость по Виккерсу — Часть 3: Калибровка опорных блоков
• ISO 6507-4: Металлические материалы — тест на твердость по Виккерсу — Часть 4: Таблицы значений твердости
• ISO 18265: Металлические материалы — преобразование значений твердости

Источник: https://ru.qwertyu.wiki/wiki/Vickers_hardness_test