Метод Виккерса

Метод заключается во вдавливании алмазного наконечника (индентора), имеющего форму правильной четырехгранной пирамиды с углом при вершине 136 °, в образец (изделие) под действием нагрузки Р и измерении диагонали отпечатка d, оставшегося после снятия нагрузки (рис. 1.6).

а) б)

Рис. 1.6. Метод Виккерса: а − схема измерения; б − вид отпечатка

Нагрузка Р может меняться от 9,8 (1 кгс) до 980 Н (100 кгс). Твердость по Виккерсу рассчитывается как отношение приложенной нагрузки P к площади поверхности отпечатка F:

[МПа], (1.6)

если Р выражена в Н, и

[кгс/мм²], (1.7)

если Р выражена в кгс.

Диагональ отпечатка d измеряется при помощи микроскопа, установленного на приборе. Число твердости по Виккерсу HV определяют по специальным таблицам по измеренной величине d.

Метод используют для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость. Как правило, используют небольшие нагрузки: 10, 30, 50, 100, 200, 500 Н. Чем тоньше материал, тем меньше должна быть нагрузка.

Кинематическая схема прибора для измерения твердости методом Виккерса показана на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Схема прибора для измерения твердости по Виккерсу:

1 − столик для установки образца; 2 − маховик; 3 − шток с алмазной пирамидой;

4 − педаль пускового рычага; 5 − подвеска с призмой; 6 − микроскоп

Преимущество данного способа в том, что можно измерять твердость любых материалов, тонкие изделия, поверхностные слои. Высокая точность и чувствительность метода.

Числа твердости по Виккерсу и по Бринеллю для материалов, имеющих твердость до 450 НВ, практически совпадают.

Вместе с тем измерения пирамидой дают более точные значения для металлов с высокой твердостью, чем измерения шариком или конусом. Алмазная пирамида имеет большой угол в вершине (136 °) и диагональ ее отпечатка примерно в семь раз больше глубины отпечатка, что повышает точность измерения отпечатка даже при проникновении пирамиды на небольшую глубину и делает этот способ особенно пригодным для определения твердости тонких или твердых сплавов.

При испытании твердых и хрупких слоев (азотированного, цианированного) около углов отпечатка иногда образуются трещины (отколы), по виду которых можно судить о хрупкости измеряемого слоя.

Метод микротвердости − метод Хрущева-Берковича

Измерение микротвердости (ГОСТ 9450-76) имеет целью определить твердость отдельных зерен, фаз и структурных составляющих сплава (рис. 1.8), очень тонких слоев (сотые доли миллиметра), а не «усредненную» твердость, как при измерении макротвердости.

Рис. 1.8.

Прибор для определения микротвердости типа ПМТ-3, разработанный М. М. Хрущевым и Е. С. Берковичем (рис. 1.9), имеет штатив 1 вертикального микроскопа с тубусом, перемещающимся вверх и вниз с помощью макрометрического винта 2 и микрометрического винта 3. На верхний конец тубуса насажен окулярный микрометр 4, а в нижнем конце закреплены шток 5 с алмазной пирамидой, опак-иллюминатор 6 и объективы 7, В опак-иллюминаторе имеется лампочка напряжением 6 В, питаемая от электросети через трансформатор.

Прибор снабжен двумя объективами для просмотра микрошлифа при увеличениях в 478^× и 135^×. Окуляр увеличивает в 15 раз.

Окулярный микрометр имеет неподвижную сетку, остаточный микрометрический барабанчик и каретку с подвижной сеткой. На неподвижной сетке длиной 5 мм нанесены штрихи с цифрами и угольник с прямым углом, вершина которого совпадает с цифрой 0. На подвижной сетке нанесен угольник с прямым углом и две риски.

Рис. 1.9. Схема прибора ПМТ-3 для измерения микротвердости:

1 − микроскоп; 2 − микрометрический винт; 3 − микрометрический винт; 4 − окулярный микрометр; 5 − шток с алмазной пирамидой; 6 – опак-иллюминатор; 7 − объектив; 8 − стол для установки микрошлифа; 9 − ручка стола; 10 − винт стола; 11 − регулировочные винты;

12 − грузы; 13 − ручка нагружения

Алмазная пирамида имеет угол между гранями при вершине 136 °, т. е. такой же, как и в пирамиде для измерения по Виккерсу (что облегчает пересчет на числа Виккерса). Нагрузка для вдавливания пирамиды создается грузами 12, устанавливаемыми на шток 5. В приборе применяют грузы от 1 до 200 г в зависимости от особенностей изучаемой структуры и задач исследования.

Подготовленный образец (микрошлиф) устанавливают на столе 8 так, чтобы исследуемая поверхность была параллельна плоскости столика и обращена вверх. Установленный микрошлиф просматривают через окуляр. С помощью двух винтов столик перемещается в двух перпендикулярных направлениях, что позволяет перемещать микрошлиф и выбрать на нем участок, в котором необходимо измерить твердость. Этот участок следует разместить в середине поля зрения микроскопа − точно в вершине угла неподвижной сетки.

Затем устанавливают грузы, поворачивают с помощью ручки столик 9 на 180 ° (от одного упора до другого) для подведения выбранного участка образца под алмазную пирамиду. После этого медленным (в течение 10-15 с) поворотом ручки 13 приблизительно на 180 ° опускают шток с алмазной пирамидой так, чтобы алмаз коснулся образца. Пирамида вдавливается в поверхность образца при небольших нагрузках (0,05-5 Н или 5-500 кгс). В этом положении выдерживают образец под нагрузкой 5-10 с, после чего, поворачивая ручку 13 в исходное положение, поднимают шток с алмазом. Затем поворачивают столик 8 на 180 ° и возвращают образец в исходное положение под объектив микроскопа для измерения диагонали отпечатка (рис. 1.10).

Рис 1.10. Схема измерения отпечатков на приборе микротвердости

Если прибор правильно центрирован, то изображение отпечатка окажется в поле зрения микроскопа или будет близко к вершине угла неподвижной сетки. Точность совмещения места, намеченного для испытания, с местом фактического вдавливания пирамиды составляет в этом приборе 3 мкм. Затем вращением винтов 11 подводят отпечаток к угольнику неподвижной сетки таким образом, чтобы вершина угольника совпала с левым углом отпечатка, и пунктирные линии угольника совпали с гранями левой части отпечатка. После этого вращением микрометрического барабана окуляра подводят вершину угольника подвижной сетки к противоположному углу отпечатка; тогда пунктирные линии угольника подвижной сетки совместятся с гранями правой части отпечатка. При таком положении сеток деления микрометрического барабанчика указывают длину диагонали отпечатка. Поворачивая окуляр на 90°, определяют также длину второй диагонали и вычисляют среднюю длину диагонали. Полученную среднюю длину переводят по таблице на число твердости по значению диагонали отпечатка при выбранной нагрузке. Указанные измерения полученного отпечатка производят не менее двух-трех раз. Число твердости Н в таблице определяют как при вычислении числа твердости по Виккерсу (формулы 1.6 и 1.7).

Прибор позволяет фотографировать микроструктуру сплава с полученными отпечатками.

Вывод: По Бринеллю определяют твердость относительно мягких материалов: цветных металлов и их сплавов, отожженной стали, чугунов (кроме белого).

По Роквеллу чаще всего определяют твердость очень твердых материалов: закаленных сталей, твердых сплавов, керамики, твердых покрытий, в том числе наплавленных слоев достаточной глубины на сталях и чугунах. Но на приборе Роквелла можно определять твердость и сравнительно мягких материалов.

Метод Виккерса используется для испытания твердости деталей малой толщины или тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость. Реже этот метод применяется для измерения твердости твердых и мягких материалов.

Методом микротвердости обычно измеряется твердость в пределах отдельных зерен или очень тонких слоев. Два последних метода чаще всего используются в исследовательских работах.

Динамические методы измерения твердости не приводят к возникновению дефектов поверхности изделий.

Распространен метод по Шору (обозначение − HSD) − способ определения твердости в условных единицах по высоте отскакивания легкого ударника (бойка), падающего на поверхность испытуемого материала с определенной высоты. Чем больше величина отскока, тем тверже материал. Определение твердости проводится на приборе, называемом склероскопом.

Применяется и метод измерения твердости с помощью ультразвуковых колебаний, основанный на регистрации изменения частоты колебаний измерительной системы в зависимости от твердости исследуемого материала.

Путем царапанья сравнивают твердость исследуемого и эталонного материалов. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастания их твердости: 1 − тальк, 2 − гипс, 3 − кальцит, 4 − флюорит, 5 − апатит, 6 − ортоклаз, 7 − кварц, 8 − топаз, 9 − корунд, 10 − алмаз.

Эталонным конусом, пирамидой или шариком наносится царапина, которая является мерой. При нанесении царапин на другие материалы и сравнении их с мерой судят о твердости материала.

Поиск по сайту: