Измерение твердости по Виккерсу

Измерение твердости по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) заключается во вдавливании в испытываемый образец индентора в виде четырехгранной алмазной пирамиды с углом =136° при вершине между противоположными гранями под действием нагрузки Р в течение определенного времени (обычно 10-15 с для черных и 30 с для цветных металлов), получении четырехгранного отпечатка и определении значения твердости HV, как отношения приложенной нагрузки Р, Н к площади полученно­го отпечатка F, мм² (рис.4.7):

где d - диагональ отпечатка, мм.

Для измерения твердости по Виккерсу применяют специальные приборы - прессы электромеханического и гидравлического действия. Например, пресс электромеханического действия марки ТП-2 (Т - твердомер, П - индентор в виде пирамиды) (рис.4.8) состоит из нагружающего механизма, расположенного в станине 1, сменных грузов 2, индентора 3 в виде четырехгранной алмазной пирамиды с оградительным чехлом и измерительного микроскопа 4 в поворотной головке 5, столика 6, маховика 7, педали 8 нагружающего механизма, рукоятки взвода, нагружающего механизма 9. При измерении твердости по Виккерсу обычно применяют нагрузки 98,1; 196,2; .294,3; 490,5 и 981 Н, а также 9,8; 19,6; 29,4; 49,0 Н. Для черных металлов рекомендуется использовать нагрузки от 49,0 до 981 Н, для сплавов на основе меди - от 19,6 до 490,5 Н

Возможность применения малых нагрузок позволяет определять твердость деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев (например, цементованных, цианированных, азотированных и др.). При этом величину нагрузки выбирает такой, чтобы полученная глубина отпечатка не выходила за пределы толщины поверхностного слоя (последняя должна быть, по крайней мере, в 1,5 раза больше диагонали отпечатка), а сам отпечаток был достаточно четким. Для характеристики условий измерения твердости приводят значение нагрузки, длительность нагружения. Например, обозначение HV98,1/40-2300 означает, что значение твердости 2300 МПа получено при измерении под нагрузкой 98,1Н в течение 40 с. При использовании наиболее предпочтительной нагрузки 294,3 Н и длительности нагружения 10-15 с условия измерения твердости не указываются (например, HV 5000).

Рис.4.7. Схема измерения твердости по Виккерсу	Рис.4.8. Общий вид прибора для измерения твердости по Виккерсу марки ТП-2

Перед измерением твердости поверхность образца должна быть подготовлена - отшлифована и даже отполирована. В этом случае реализуется преимущество метода Виккерса - это возможность получения высокой точности даже при малой глубине вдавливания пирамиды, поскольку в связи с тем, что диагональ отпечатка в 7 раз больше глубины вдавливания, контур отпечатка получается достаточно четким. Ввиду более высокой точности измерений метод Виккерса находит применение в исследовательской практике. Так же, как и при использовании метода Роквелла, необходим контроль прибора перед измерением с помощью эталонных плиток.

При измерении твердости испытываемый образец помещают на столик 6 подготовленной поверхностью к поворотной головке 5 (см.рис.4.8). Затем с помощью рычага головки поворачивают ее в крайнее левое положение, с помощью рукоятки 9 взводят нагружающий механизм прибора и вращением маховика 7 вручную по часовой стрелке поднимают столик 6 и прижимают испытываемый образен к оградительному чехлу индентора. После этого нажатием педали 8 приводят в действие нагружающий механизм (о чем свидетельствует загорание контрольной лампочки 10), вдавливающий индентор 3 под действием нагрузки Р в испытываемую поверхность, и выдерживают до момента потухания сигнальной лампочки 10. Выполнив эти операции, вращением маховика 7 вручную против часовой стрелки опускают столик с образцом. Рычагом головки поворачивают ее в крайнее правое положение и снова с помощью маховика 7 поднимают столик с образцом настолько, чтобы при наблюдении в окуляр измерительного микроскопа 4 был четко виден полученный отпечаток.

Диагональ отпечатка измеряют с помощью измерительного микроскопа 4 в двух взаимно перпендикулярных направлениях, определяя её как среднее арифметическое из двух измерений. Для измерения диагонали отпечатка в окуляре микроскопа имеются три штриха: два основных и один дополнительный, которые должны быть раздвинуты на расстояние, большее диагонали отпечатка (рис.4.9,а). Вращением большого левого винта измерительного микроскопа подводят левый штрих к левому углу отпечатка, а вращением правого подводят средний штрих - к правому углу отпечатка. Результат, полученный на шкале окуляра и на микрометрическом винте, соответствует величине его диагонали. При использовании объектива с увеличением х10 одно деление шкалы соответствует 100 мкм, а одно деление на лимбе микрометрического винта -1 мкм. При использовании объектива с увеличением х 3,7, устанавливаемого со специальной втулкой, соответственно - 250 мкм и 2,5 мкм, После первого измерения диагонали отпечатка образец поворачивают на 90° и аналогичным образом измеряют вторую диагональ.

Рис.4.9. Схема измерения диагонали отпечатка с использованием