Метод Вікерса.

По цьому методу у метал вдавлюється чотирьохгранна алмазна піраміда з кутом при вершині 136 під дією навантаження від 10 до 1200 Н.

Відбиток, що отримується, має форму чотирикутника і для визначення твердості треба виміряти його діагоналі. Для цього у приладі мається мікроскоп, який дозволяє виміряти довжину діагоналей відбитка (рис. 3).

Твердість, як і по методу Брінеля, визначається як зусилля, яке приходиться на одиницю поверхні відбитка.

,

де Р – навантаження на піраміду, Н;

F – поверхня відбитка на зразку, мм ;

d – середне арифметичне довжини обох діагоналей відбитка піраміди, мм;

α – кут між протилежними гранями піраміди (136).

Рис. 3. Схема визначення твердості металів по Вікерсу

Випробування проводять на приладі типу ТП (рис.4), який має нерухому станину, в нижній частині якої встановлений столик 1. Столик переміщується маховиком 2. Зразок встановлюють підготовленою поверхнею догори і потім піднімають столик до зіткнення зразка із алмазною пірамідою, яка закріплена на шпинделі 3. Нажимають педаль пускового важеля 4 і приводять у дію механізм, що навантажує, який через важіль передає тиск тягарів 5, що підняті, на алмазну піраміду. Після цього опускають столик приладу і підводять мікроскоп, який встановлений за допомогою штанги на станині. Таким чином визначають довжину діагоналей відбитка.

Числа твердості, визначені за Вікерсом та Брінелем, мають однакову розмірність і для матеріалів з твердістю до НВ4500 практично співпадають. Але метод Вікерса має деякі переваги:

1. дозволяє вимірювати твердість як м’яких металів, так і твердих сплавів, завдяки використанням алмазної піраміди і різним по величині навантаженням;

2. можна використовувати для визначення твердості порівняно тонких поверхневих шарів металу (наприклад, цементованих, азотованих, хромованих).

Рис. 4 Прилад ТП для визначення твердості по Вікерсу

Проте цей метод не можна використовувати для визначення твердості структурно неоднорідних сплавів, наприклад, чавунів.

Твердість, визначену по методу Вікерса, позначають, наприклад, НV 5000, де букви – це твердість по методу Вікерса, а цифри – визначена твердість у Н/мм².

Метод Роквела

При визначені твердості за Роквелом в якості твердого тіла, яке вдавлюється у випробуваний матеріал, застосовують алмазний конус з кутом при вершині 120 або стальну загартовану кульку діаметром 1,59 мм (1/16″).

На відміну від метода Брінеля твердість по методу Роквела визначають по глибині відбитка, який отримують при вдавлюванні алмазного конуса або кульки, а не по площі відбитка.

Величина твердості визначається як різниця глибин відбитків, які отримуються на випробуваному зразку, від вдавлювання алмазного конуса або стальної кульки під дією двох навантажень: попереднього та кінцевого.

Попереднє навантаження дорівнює 98 Н (10 кг), а кінцеве, яке складається з попереднього плюс основне, дорівнює в Н (кг):

при вдавлюванні стальної кульки (шкала В) ------ 980 (100);

при вдавлюванні алмазного конуса:

(шкала С) -------------------------------1470 (150)

(шкала А)-------------------------------- 588 (60)

Схема прикладення навантажень приводиться на рис.5.

Рис.5 Схема визначення твердості металів по Роквелу

Число твердості визначається по формулі:

,

де К – постійна величина, яка дорівнює для кульки 0,26

та для алмазного конуса 0,2;

h – величина заглиблювання наконечника під дією

загального навантаження Р після його зняття й

залишеного попереднього навантаження Р₀ ;

h₀ - величина заглиблювання наконечника під дією

попереднього навантаження Р₀ ;

С – ціна поділу циферблата індикаторного приладу,

відповідна заглибленню наконечника на 0,002 мм.

Твердість виражається в умовних одиницях і не має фізичного змісту, який мають числа твердості по Брінелю і Вікерсу.

Стальна кулька використовується для визначення твердості незагартованої сталі, бронзи, латуні та інших матеріалів невеликої твердості, алмазний конус – для твердих матеріалів, таких як загартована сталь, надтвердих сплавів, а також для визначення твердості тонких поверхневих шарів металу (табл. 1).

Таблиця 1. Умови для випробування по Роквелу

Приблизна твердість по Брінелю НВ	Позначен-ня шкали Роквела	Тип наконечника	Наван- тажен-ня, кгс	Допустимі межі вимірювання твердості
60-240 240-900 390-900	В С А	Стальна кулька Алмазний конус Алмазний конус	100 150 60	30-100 20-67 70-85

Твердість по Роквелу визначається на приладі типа ТК-2 (рис.6).

Рис. 6. Прилад типу ТК для визначення твердості по Роквелу

У нижній частині нерухомої станини приладу 1 встановлений опорний столик 4, на який кладеться зразок. Столик підіймається обертанням маховика 2, який приводить у дію гвинт 3. У верхній частині закріплені індикатор 6 і шток 5, в якому встановлюється наконечник . Індикатор (рис. 6) являє собою циферблат, на якому нанесенні дві шкали - чорна та червона і маються дві стрілки – велика, яка показує твердість і обертається по шкалі, і маленька - для контролю величини попереднього навантаження, яке надається обертанням маховика 2. Шкали мають по 100 поділок кожна. Шкала В зміщена відносно нуля шкали С на 30 поділок. Це пояснюється тим, що при випробуваннях кулькою стрілка приладу, обертаючись, часто відхиляється більш, чим на 100 поділок і тим самим ускладнює підрахунок чисел твердості. Крім того, менше, чим на 30 поділок, стрілка ніколи не переміщується, тому що матеріалів з такою твердістю не існує.

Рис. 7. Циферблат індикаторного приладу

Зразок для випробування повинен мати прошліфовану рівну поверхню, в яку вдавлюється наконечник, а протилежна паралельна також повинна бути рівною та зачищеною.

Порядок визначення твердості за Роквелом:

1. залежно від припустимої твердості зразка вибирається наконечник (кулька або конус), який закріплюється у штоку;

2. встановлюється потрібне навантаження, яке відповідає вибраному наконечнику;

3. на столик установлюється зразок, який попередньо підготовлений, так, щоб відстань від центру відбитка до кінця зразка або центру іншого відбитка була не менше 3 мм;

4. за допомогою маховика, який обертається за годинниковою стрілкою, зразок піднімається до стискання його поверхні з наконечником до тих пір, доки мала стрілка не стане навпроти нанесеної на циферблаті крапки червоного або чорного кольору. Велика стрілка повинна зайняти вертикальне положення або близьке до нього. Це буде означати, що наконечник вдавився у зразок під дією попереднього навантаження, яке дорівнює 98 Н ( 10 кгс). Попереднє навантаження проводять для того, щоб вилучити вплив пружної деформації та різної ступені шорсткості зразка на результати випробувань;

5. для точності виміру необхідно, щоб велика стрілка показувала на цифру 0 на чорній шкалі циферблату. Якщо положення великої стрілки не співпадає точно з 0, то без зміни величини попереднього навантаження (тобто не обертаючи маховик) повертають циферблат індикаторного приладу за накатаний обід, який знаходиться під маховиком, до сполучення великої стрілки з нульовим поділом шкали С. Відхилення великої стрілки від вертикалі допускається ±5 одиниць шкали;

6. потім надають навантаження на випробуваний зразок за допомогою важеля, який приводить у дію механізм, зв’язаний з вагами. В цей момент на зразок прикладається кінцеве навантаження, а велика стрілка обертається навпроти годинникової стрілки;

7. коли навантаження повністю прикладене, прилад автоматично знімає його, велика стрілка зупиняється на циферблаті і показує число твердості, яке і треба зафіксувати. Твердість зразка визначають у трьох різних місцях поверхні, а потім розраховують середнє арифметичне, яке заносять у таблицю вимірів.

Числа твердості, які визначені за методом Роквела позначаються:

HRB – якщо твердість визначалася стальною кулькою з кінцевим навантаженням 980 Н (100 кгс) та відраховувалася за шкалою В;

HRC – якщо твердість визначалася алмазним конусом з кінцевим навантаженням1470Н (150 кгс) та відраховувалася за шкалою С;

HRA – якщо твердість визначалася алмазним конусом з кінцевим навантаженням 588 Н (60 кгс) та відраховувалася за шкалою С.

Метод Роквела має переваги порівняно з іншими методами:

1. дозволяє випробувати матеріали будь-якої твердості, навіть тверді сплави;

2. вимірювання можна проводити на порівняно тонких зразках (товщиною до 0,4 мм);

3. являється високопродуктивним методом, так як наявність індикаторного приладу дозволяє визначати числа твердості безпосереднім відрахуванням по шкалі, а не обчисленням за формулою або таблицею.

Втім наявність трьох позначень чисел твердості не дозволяє використовувати їх при побудові різних графіків, які передбачають порівняння твердості. В такому разі вимірювання проводять за методом Роквела, а потім переводять отримані числа твердості в інші методи – Брінеля або Вікерса. Для цього існують спеціальні таблиці переведення чисел твердості, визначених різними методами.

Така таблиця переводу чисел твердості наведена у додатку.