Измерение твердости по методу Виккерса
Твердость по Виккерсу определяется по результатам измерения диагоналей отпечатка, получающегося в испытываемой поверхности при вдавливании алмазной четырехгранной пирамиды с углом при вершине α = 136º (см. рис.3).
Рис.3. Схема определения твердости металла по методу Виккерса:
Р ‑ нагрузка, кгс; d1 и d2 ‑ диагонали отпечатка, мм.
После снятия нагрузки вдавливания измеряются диагонали отпечатка d1 и d2. Число твердости по Виккерсу представляет собой нагрузку, приходящуюся на единицу поверхности пирамидального отпечатка.
HV
,
где
HV
‑ твёрдость по Виккерсу, Р
‑ нагрузка;
,d1
и d2
‑ диагонали отпечатка, мм.
Обычно значение Р
принимают в пределах 50...1000 Н
(5...100 кгс).
Значения диагоналей измеряют на
микроскопе. Основными параметрами для
определения твёрдости по Виккерсу
являются: нагрузка – 30 кгс,
время выдержки для сталей – 10...15 с,
размерность числа твердости (кгс/мм2)
не ставится. Например, 420 HV
означает твёрдость, полученную при этих
параметрах. Если параметры отличаются
от основных (для цветных металлов
продолжительность выдержки индентора
под нагрузкой принимают 30 с)
то записываются, например, 450 HV10/15
– означает, что число твердости по
Виккерсу 450 получено при нагрузке 10 кгс
(98,1 Н), приложенной к алмазной пирамиде
в течение 15 с.
Условия проведения измерений. Поверхность образца для испытаний должна иметь шероховатость Ra<0,32 и быть свободной от окисной плёнки и посторонних веществ. Опорная поверхность приборного столика должна быть чистой. Температура испытаний 20°+5°С. Минимальная толщина образца должна быть больше диагонали отпечатка в 1,2 раза для стальных изделий и в 1,5 раза для изделий цветных металлов.
Преимущества метода: возможность измерения твёрдости очень твердых и тонких изделий (толщиной менее 0,3 мм), поверхностных слоев деталей, покрытий.
Недостатки метода: высокие требования к чистоте и шероховатости поверхности испытываемого образца.
Метод микротвердости
Метод микротвердости аналогичен методу Виккерса. Число микротвёрдости определяют делением приложенной к алмазному наконечнику нормальной нагрузки, выраженной в ньютонах, на условную площадь боковой поверхности отпечатка, выраженную в мм2. Например, 582 Н/мм2, что соответствует 59,3 кгс/мм2. Алмазный наконечник может иметь форму четырехгранной, ромбической или трехгранной пирамиды или иметь бицилиндрическую форму. В обозначениях твёрдости форма наконечника указывается в виде индекса к букве Н, например, Н□, Н◊, Н∆. Величина твердости записывается в следующем виде: H□=582.
Этим методом измеряют микротвердость отдельных структурных составляющих и фаз сплавов, изменение твёрдости по глубине поверхностного слоя и др.
Оборудование и инструмент
Пресс для определения твердости по Бринеллю, прибор для определения твердости по Роквеллу, установка для определения твердости по Виккерсу, металлические образцы.
Порядок выполнения работы
1. Изучить методические указания.
2. Ознакомиться с приборами и методикой измерения.
3. Измерить твердость металлического образца методом Бринелля.
Определение твердости HB производится на прессе Бринелля (твердомер типа ТШ) в следующем порядке. Испытываемый образец (деталь) устанавливают на предметном столике шлифованной поверхностью вверх. Поворотом маховика столик прибора поднимают так, чтобы индентор (шарик) мог вдавиться в испытываемую поверхность. Маховик вращают до упора, и нажатием кнопки включают электродвигатель, который постепенно нагружает шток с закрепленным в нем индентором. Шарик под действием нагрузки вдавливается в испытываемый материал. Нагрузка действует в течение определенного времени (10…60 с), задаваемого реле времени. После этого поворотом маховика снимают нагрузку, опускают столик прибора и снимают образец. Диаметр отпечатка измеряют при помощи отсчетного микроскопа (лупы Бринелля), на окуляре которого имеется шкала с делениями, соответствующими десятым долям миллиметра. Измерение проводят с точностью до 0,05 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях; для определения твердости следует принимать среднюю из полученных величин.
4. Измерить твердость металлического образца методом Роквелла.
Твердость измеряют на приборе Роквелла, который имеет индикатор, шток с индентором, предметный столик, маховик и груз, определяющий величину нагружения. Индикатор представляет собой циферблат, на котором нанесены две шкалы (черная и красная) и имеются две стрелки – большая (указатель твердости) и маленькая – для контроля величины предварительного нагружения, сообщаемого вращением маховика. В штоке устанавливается наконечник с алмазным конусом или стальным шариком.
Столик с установленным на нем образцом для измерений поднимают вращением маховика до тех пор, пока малая стрелка не окажется против красной точки на шкале. Это означает, что наконечник вдавливается в образец под предварительной нагрузкой, равной 10 кгс. После этого поворачивают шкалу индикатора (круг циферблата) до совпадения цифры 0 на черной шкале с большой стрелкой. Затем включают основную нагрузку и после остановки стрелки считывают значение твердости по Роквеллу, представляющее собой цифру. Столик с образцом опускают посредством вращения маховика.
Твердость следует измерять не менее 3 раз на одном образце, усредняя полученные результаты.
5. Сравнить полученные значения твердости (см. табл.1), и записать соответствующую им твердость по Виккерсу.
6. Ознакомиться с методом измерения твердости металлов по Виккерсу.
7. Оформить отчет по работе.
Таблица 1