4. Измерение твёрдости по методу Виккерса

При измерении твёрдости по методу Виккерса в образец вдавливается четырёхгранная алмазная пирамида с углом при вершине

α= 136^о, как показано на рисунке 12.

Величина твёрдости определяется путём деления нагрузки на площадь боковой поверхности получаемого пирамидального отпечатка и может быть определена по формуле:

HV = [2Р х sin (α/2)] / d² = 1,8544 P / d², МПа;

где Р– нагрузка, Н;α – угол между противоположными гранями пирамиды при вершине, равный 136^о;d– среднее арифметическое обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, м.

При измерении твёрдости этим методом используются следующие нагрузки: 49; 98; 196; 294; 490; 980; 1176 Н. Выдержка под нагрузкой составляет: для чёрных металлов – 10 ÷15 с, для цветных – 30 ± 2 с. Расстояние между центром отпечатка и краем образца или краем соседнего отпечатка должна быть не менее чем 2,5 длины диагонали отпечатка.

Рисунок 10 – Схема измерения твёрдости по методу Виккерса

Приборы для измерения твёрдости по методу Виккерса также поверяются с помощью образцовых мер твёрдости (рисунок 13).

Метод измерения твёрдости по Виккерсу позволяет определять твёрдости образцов толщиной до 0,3 – 0,5 ммили поверхностных слоёв толщиной до0,03 – 0,05 мм. Определение твёрдости по методу Виккерса требует тщательной шлифовки илиполировкиповерхности, но благодаря тому, что для каждого материала можно подобрать оптимальную нагрузку вдавливания, он является наиболее точным методом измерения твёрдости, хотя является и наиболее трудоёмким.

5. Определение микротвёрдости

Для изучения свойств сплавов и влияния на них фазовых превращений необходимо знать не только макротвёрдость– усреднённую твёрдость фаз и структур, присутствующих в сплаве, но итвёрдость отдельных фазовых и структурных составляющих – микротвёрдость.

Микротвёрдость определяется вдавливанием алмазных наконечников в виде пирамид.

Чаще всего используется четырёхгранная пирамида с квадратным сечением и с углом при вершине 136^о(такая же пирамида используется при измерении твёрдости по методу Виккерса). Микротвёрдость рассчитывается по формуле:

Н_кв  1,854 Р/d², МПа;

где Р– нагрузка (Н);d– диагональ отпечатка (м).

Микротвёрдость измеряется на приборе ПМТ-3, изображённом на рисунке А.2. Он снабжён микроскопом с двумя объективами для просмотра микрошлифа при увеличении в 478 и 135 раз. Увеличение окуляра – 15 раз.

6. Нанотвёрдоть

Среди наиболее часто используемых видов механических испытаний микротвердость, а в последнее время и нанотвердость остаются практически единственно возможными характеристиками оценки механических свойств материала в микро- и нанообъеме. Измерение нанотвердости (наноиндентирование) состоит в автоматическом приложении к индентору малых усилий (порядка микроньютона) и непрерывной регистрации зависимости силы сопротивления Р от глубины погружения h (порядка нанометра, т.е. близкое к атомному). В качестве индентора может применяться трехгранная алмазная пирамида Берковича (трехгранная алмазная пирамида с углом при вершине 65,3^о и радиусом закругления менее 100 нм), четырехгранная пирамида Виккерса, алмазный конус, а также индентор сферической формы.

Обработка P-h диаграмм, полученных при наноиндентировании, дает возможность определять сопротивление упругопластическому локальному деформированию в наноконтакте. Отношение приложенной нагрузки Р к площади контакта S характеризует нанотвердость H=P/S при упругопластическом контакте.

Методом наноиндентирования можно измерять не только твердость, но величину и распределение внутренних напряжений, толщину, определять модули упругости. Метод также может применяться в системах записи информации.