Измерение твердости по методу Виккерса

Название от английского военно-промышленного концерна «Vickers Limited».

Испытание твердости по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) применяется для измерения твердости черных и цветных металлов и сплавов и производится путем (рис. 15) вдавливания четырехгранной алмазной пирамиды c углом при вершине α=136° под действием силы, приложенной в течение определенного времени, и измерении длин обеих диагоналей отпечатка, оставшегося на поверхности образца после снятия нагрузки.

В зависимости от твердости и толщины металла применяют нагрузки 1, 3, 5, 10, 20, 30, 50, 100 кгс. Поверхность образца должна быть отполирована.

Метод Виккерса является одним из наиболее совершенных и распространенных в лабораторной практике методов определения твердости. Высокая твердость инедеформируемость алмаза обеспечивает большую точность определения твердости. Это особенно важно при испытании твердых материалов (более 500 кгс/мм² ≈ 4904 Н). Ценность метода состоит также в том, что вследствие малых нагрузок вдавливания удается испытывать тонкие образцы, а также определять твердость непосредственно поверхностных слоев (например, поверхности азотированной стали). Можно определять твердость мелких готовых изделий, не разрушая и не портя их вследствие малой величины отпечатка.

Твердость по Виккерсу указывается в единицах HV (Hardness Vickers) и определяется как частное от деления нагрузки F [кгс], приложенной к пирамиде, на площадь поверхности отпечатка А [мм²], т. е. к поверхности углубления в форме пирамиды

Твердость по Виккерсу при силовом воздействии 30 кгс (294,2 Н) и времени выдержки под нагрузкой 10…15 секунд обозначают цифрами, характеризующими величину твердости и буквами HV. При этом окончательный результат принято округлять до трех значащих разрядов (как и по Бринеллю).

Пример обозначения: 500 HV – твердость по Виккерсу, измеренная при нагрузке 30 кгс и времени выдержки 10…15 секунд.

При других условиях испытания после букв HV указывают нагрузку и время выдержки.

Пример обозначения: 220 HV 10/40 – твердость по Виккерсу, измеренная при нагрузке 10кгс(98,07 Н) и времени выдержки 40 секунд.

Числа твердости по Бринеллю и по Виккерсу имеют одинаковую размерность (кгс/мм²) и до НВ 350…400 их величины совпадают между собой. При НВ больше 400 твердость по Бриннелю оказывается заниженной. Для получения точных результатов при измерении твердости по Виккерсу необходимо строго соблюдать следующие условия:

· отношение толщины образца к диагонали отпечатка должно быть не менее 1,5;

· отношение глубины отпечатка к его диагоналям – 1/7;

· расстояние между центром и краем образца, а также краем соседнего отпечатка должно быть не менее 2,5 диагоналей отпечатка;

· испытания проводить на тщательно отшлифованной или полированной поверхности.

На приборе Виккерса можно измерять твердость образцов толщиной до 0,3…0,5 мм или поверхностных слоев толщиной до 0,03…0,05 мм. Однако следует учитывать, что при небольшой нагрузке (1 кгс) отпечаток пирамиды может быть недостаточно отчетливым. Поэтому при измерении твердости очень тонких поверхностных слоев, например, цианированного слоя толщиной 0,04…0,06 мм, лучше применять нагрузку 5 кгс, а для измерения твердости азотированного слоя стали толщиной до 0,05 мм – нагрузку 5 или 10 кгс. При обозначении твердости по Виккерсу указывают величину применяемой нагрузки: НV5, НV10 и т. д. При испытании твердых и других слоев (азотированного, цианированного) около углов отпечатка иногда появляются трещины, по виду которых можно судить о хрупкости исследуемого слоя.

Несмотря на преимущество метода Виккерса, дающего возможность измерять как мягкие, так и твердые материалы различной толщины, измерение твердости занимает много времени и требует тщательной подготовки поверхности. Указанный недостаток препятствует широкому применению данного метода в условиях массового контроля.

Рис. 15 - Схема измерения твёрдости по Виккерсу

Вопросы для контроля:

1. Что такое механические свойства металлов? Что к ним относится?

2. Какие методы определения механических свойств материалов существуют?

3. Расскажите про испытания на сжатие и растяжение. В чём их различие? Для чего применяются?

4. Назовите особенности испытаний на изгиб.

5. Что такое испытание на кручение?

6. Что такое твёрдость материала?

7. Какие методы испытания твёрдости существуют? Расскажите про каждый вид.

8. В чём отличие этих методов?