Определение твердости по Виккерсу
При стандартном измерении твердости по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) в поверхность образца вдавливается алмазный индентор в форме правильной четырехгранной пирамиды с углом при вершине 136° под действием нагрузки P, приложенной в течение определенного времени, и после удаления нагрузки измеряются диагонали отпечатка, оставшегося на поверхности образца (рис. 3). При измерении твердости по Виккерсу нагрузка P выбирается в зависимости от условий испытаний от 10 до 1000 Н.
Число твердости HV определяется путем деления нагрузки Р на площадь боковой поверхности полученного пирамидального отпечатка и может быть определено по следующей формуле
, (3)
где Р – нагрузка, Н; – угол между противоположными гранями пирамиды при вершине, равный 1560; d – среднее арифметическое обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм.
Рис. 3. Схема измерения твердости по Виккерсу.
Число твердости, измеренное алмазной пирамидой обозначается символом HV, указание размерности Н/мм2 опускается, например, 320 HV. Это обозначение дополняется индексом, указывающим величину нагрузки Р и продолжительность ее приложения при условии, если последняя отличается от выдержки 10 - 15 сек. для черных металлов и 30 ± 2 сек. для цветных металлов. Например, HV 10/30-500 означает число твердости 500, полученное под нагрузкой P=10 кгс (100 Н), приложенной в течение 30 с.
Если число твердости выражают в МПа, то после него указывают единицу измерения, например, HV=3200 МПа.
Для получения наиболее точного результата измерения твердости нагрузка Р должна быть возможно большей. Образцы для замера твердости по Виккерсу должны быть, как правило, отполированы, и их поверхность должна быть свободна от наклепа. Минимальная толщина испытуемого образца должна быть больше диагонали отпечатка для стальных изделий в 1,2 раза, а для изделий из цветных металлов – в 1,5 раза. На обратной стороне испытуемого образца после измерения твердости не должно быть следов деформации. При измерении твердости цементированных или других слоев металла нагрузка должна быть тем меньше, чем тоньше слой. Зная диагональ отпечатка и нагрузку, можно по таблицам (ГОСТ 2999-75) определить твердость по Виккерсу. Диагональ отпечатка, как правило, определяют при помощи микроскопа с увеличением х70, встроенным в прибор. Использование микроскопа позволяет выбирать место измерения с достаточной точностью.
Физический смысл твердости по Виккерсу HB, величина твердости HV также является усредненным условным напряжением в зоне контакта индентор-образец и характеризует обычно сопротивление материала пластической деформации.
Числа твердости HV и HB близки по абсолютной величине в пределах до HV 400-450. Выше этих значений метод Бринелля дает искаженные результаты из-за остаточной деформации стального шарика. Применение алмазной пирамиды в методе Виккерса позволяет определить твердость практически любых металлических материалов. Еще более важное преимущество этого метода – геометрическое подобие отпечатков при любых нагрузках. Поэтому возможно строгое количественное сопоставление чисел твердости HV любых материалов, испытанных при различных нагрузках.