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.

Преимущества метода: возможность измерения твёрдости очень твердых и тонких изделий (толщиной менее 0,3 мм), поверхностных слоев деталей, покрытий.

Недостаткиметода: высокие требования к чистоте и шероховатости поверхности испытываемого образца.

Практическая часть

1) Используя пресс Бринелля, получили отпечаток на поверхности стального образца. При помощи микроскопа замерили диаметр полученного отпечатка:

d = 3,4 мм.

Найдём число твердости:

НВ = .

Табличное значение НВ 321.

Известно, что предел прочности материала находится по формуле:

σ_в = κ×НВ,

где κ – коэффициент, зависящий от материала:

κ = 0,34 (для сталей с НВ 120…175)

κ = 0,35 (для сталей с НВ 175…450)

σ_в = 0,35×321 = 112,35 кгс/мм² = 1123,5 МПа.

2) Произведём замер твёрдости этого же стального образца методом Роквелла.

Получили следующие значения:

НRC 35

HRA 68

Числа HRB нет, так как материал образца имеет относительно высокую твёрдость (то есть больше НВ 200).

3) При замере твёрдости образца методом Виккерса получили значение НV 320, что соответствует табличному значению.

Заключение

В результате выполнения работы научились определять твёрдость металлов и сплавов различными методами: Бринелля, Роквелла и Виккерса.