3. Определение твердости по Виккерсу

М

Рис. 1.16. Схема определения твердости по Виккерсу

етод Виккерса отличается повышенной точностью и пригоден для испытания материалов любой твердости. Здесь в качестве индентора используется правильная четырехгранная алмазная пирамида с углом между гранями 136, которая вдавливается под нагрузкой Р от 5 до 120 кгс. Мерой твердости является диагональ отпечатка, измеряемая с помощью микроскопа, встроенного в прибор. Схема определения твердости по Виккерсу показана на рис. 1.16.

Твердость по Виккерсу вычисляется по формуле:

где F – площадь отпечатка; d – диагональ отпечатка.

При использовании небольших нагрузок (5–20 кгс) получаются микроскопические отпечатки, практически не повреждающие поверхность деталей; кроме того, метод Виккерса широко используется при изучении твердости мелких структурных составляющих и деталей малых размеров.

1.7.3. Определение ударной вязкости при изгибе

С помощью динамических испытаний на ударный изгиб выявляют склонность материала к хрупкому разрушению. Метод основан на разрушении образца с концентратором напряжений (надрезом) одним ударом маятникового копра (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Схема определения ударной вязкости при изгибе

Копер снабжен устройством для отсчета угла подъема маятника в исходном положении  и после разрушения образца , поэтому имеется возможность определить работу, затраченную на разрушение образца. Работа по разрушению образца равна разности потенциальных энергий маятника в исходном состоянии П₀ и в момент наивысшего подъема после разрушения образца П₁, которую можно выразить через углы  и :

А_разр = П₀ – П₁ = mg (H – h) = mgl (соs  – соs ), Дж,

где m – масса маятника; g – ускорение свободного падения; H и h – высоты подъема маятника; l – плечо маятника (см. рис. 1.17).

Работа разрушенияА_разр в общем случае идет на образование и распространение трещины. Стандартные образцы для испытаний на ударную вязкость имеют вид прямоугольного бруска с надрезом посередине. Надрезы могут быть с U-образной и более острой V-образной вершиной, а если в образце с острой вершиной перед испытанием создана трещина, то его называют Т-образным (рис. 1.18).

а

б

в

Рис. 1.18. Вид образцов с U- (а), V- (б) и Т-образным (в) надрезами

Чем острее надрез, тем меньше работа разрушения. Наиболее часто применяют образцы с «мягким» U-образным надрезом, образцы с V-образным надрезом используют при испытании материалов, идущих на изготовление особо ответственных изделий (труб для магистральных газопроводов, ледовых буровых платформ и т. п.). Использование Т-образных образцов позволяет в чистом виде определить работу распространения трещины.

Ударная вязкость обозначается буквами КС с присоединением еще одной буквы, указывающей на вид используемого надреза (КСU, КСV и КСТ), и рассчитывается по формуле:

где F – площадь поперечного сечения образца в месте надреза (см. рис. 1.17).

Ударная вязкость характеризует свойство материалов при динамических, в том числе ударных, нагрузках. Они используются для оценки служебных характеристик материалов, идущих на изготовление ответственных деталей (валов, шестерен, труб нефте- и газопроводов, материалов для буровых платформ).