Условия испытаний

Измерения по шкале С проводят для испытания:

• закаленной или низкоотпущенной стали твердостью более 450 НВ, когда вдавливание стального шарика (по Бринеллю или Роквеллу по шкале В) в твердый материал может вызвать деформацию шарика и искажение результатов;

• материалов средней твердости (более 230 НВ) — как более быстрый способ определения и оставляющий отпечаток меньшего размера, чем в испытаниях по Бринеллю;

• тонких поверхностных слоев толщиной более 0,5 мм.

Измерения по шкале А применяют для испытания:

• очень твердых материалов (более 70 НRС), когда вдавливание алмазного конуса с большой нагрузкой может вызвать выкрошивание алмаза;

• твердых поверхностных слоев толщиной 0,3…0,5мм или тонких образцов.

Для испытания очень тонких слоев металла толщиной менее 0,3 мм применяют приборы типа «Суперроквелл», на которых используют меньшую нагрузку и соответственно меньшую глубину вдавливания.

Измерения по шкале В используют испытания мягкой (отожженной) стали или отожженных цветных сплавов в деталях или образцах толщиной 0,8…2 мм, когда измерения по Бринеллю шариком большого диаметра могут вызвать смятие образца.

3. Испытания на твердость по виккерсу

Метод измерения твердости по Виккерсу основан на вдавливании в течение определенного времени (обычно 15 с) четырехгранной алмазной пирамиды с углом между противоположными гранями α = 136º (Рис.4). Твердость определяют по отпечатку пирамиды делением нагрузки Р на площадь поверхности отпечатка F:

, (3)

где d- среднеарифметическое значение для обеих диагоналей отпечатка, мм.

Измерение твердости по Виккерсу проводят при следующих нагрузках для испытания:

• черных металлов — от 49 до 981 Н (5…100 кгс);

• меди и ее сплавов — от 25 до 491 Н (5 …50 кгс);

• алюминиевых сплавов — от 9,8 до 981 Н (1…100 кгс);

• тонких поверхностных слоев толщиной до 0,03…0,05мм — 13 или 49 Н.

а	б
Рис.4. Схема испытания твердости по Виккерсу (а), и измерение диагонали отпечатка (б).

Твердость по Виккерсу определяют на образцах с тщательно отшлифованной или даже отполированной поверхностью. Толщина образца должна быть не менее 1,5 диагонали отпечатка.

Если твердость определяют под нагрузкой 294 Н и при выдержке 10…15 с, то ее обозначают цифрами с буквами НV. При других условиях испытаний дополнительно после букв указывают цифры, характеризующие нагрузку и длительность выдержки.

В табл. 5 сопоставлены значения твердости, измеренные разными методами.

4. Измерение микротвердости

Для изучения свойств и превращений в сплавах необходимо знать не только «усредненную» твердость, представляющую собой результат суммарного влияния различных фаз и структурных составляющих, но и твердость отдельных фаз и структур сплава.

Микротвердость определяют вдавливанием алмазных инденторов следующих типов:

1) четырехгранная пирамидка с квадратным основанием (индекс «кв»);

2) трехгранная пирамидка с основанием в виде равностороннего треугольника (индекс «тр»);

3) четырехгранная пирамидка с ромбическим основанием (индекс «рб»),

4) бицилиндрический наконечник (индекс «ц»).

В первом случае микротвердость рассчитывается по формуле (3) и обозначается как Н_кв.

Во втором случае:

(4)

где l_тр — высота треугольника, мм; α — пространственный угол между гранью и высотой пирамидки.

В третьем случае:

(5)

где α и β — углы между гранями.

Для четвертого случая:

(6)

где R — радиус цилиндра; α — пространственный угол; l_Ц — линия сопряжения цилиндров.

По формулам (4)—(6) определяется твердость методом восстановленного отпечатка. В случае, когда твердость определяется по методу невосстановленного отпечатка, ее величина рассчитывается делением приложенной нагрузки на условную площадь боковой поверхности отпечатка, соответствующего его измеренной глубине.

Поверхность исследуемого образца шлифуют и полируют (лучше применять электролитическое полирование, не вызывающее наклепа приповерхностном слое), а при необходимости подвергают травлению.

Измерение микротвердости производится на приборе ПМТ-3. Для обозначения чисел твердости используют символ Н с указанием в индексе величины нагрузки. Например, Н₁₀₀ 8240 означает, что микротвердость 8240 МПа получена при нагрузке 100 гс. Вместо определения микротвердости по формулам (4)—(6) обычно пользуются специальными таблицами.