Zkouška tvrdosti metodou Vickers dle ISO 6507 / ASTM E384
Vickersova zkouška tvrdosti je vhodná pro zkoušení všech kovových materiálů, a je proto nejrozšířenější metodou měření tvrdosti. Metoda zkoušky tvrdosti podle Vickerse je popsána v normě ISO 6507 (Kovové materiály – Zkouška tvrdosti podle Vickerse – Část 1: Zkušební metoda) a ASTM E384 (Standardní zkušební metoda pro mikroindentační tvrdost materiálů podle Vickerse a Knoopa).
Postup zkoušky tvrdosti podle Vickerse Výpočet tvrdosti podle Vickerse Použití zkušební síly Minimální vzdálenost zkušebních vtisků Výhody a nevýhody Vickersův tvrdoměr
Obecné informace o zkoušení tvrdosti metodou Vickers
Indentor používaný při zkoušce metodou Vickers je diamantový jehlan se čtvercovou základnou, jehož protilehlé strany svírají úhel α = 136°. Na vzorek se působí zkušebním zatížením (standardně od 10 g) které se udržuje po stanovenou dobu.
Délka obou úhlopříček zbytkového zkušebního vtisku se měří opticky. Tvrdost podle Vickerse se pak vypočítá z průměrné hodnoty úhlopříček a použitého zkušebního zatížení.
Postup zkoušky tvrdosti podle Vickerse dle ISO 6507
Při zkoušce tvrdosti metodou Vickers se jedná o optickou metodu měření velikosti vtisku (úhlopříček) vytvořeného indentorem. Naproti tomu u metod využívajících měření hloubky se měří hloubka vtisku způsobená indentorem (standardizována je metoda Rockwell).
Čím větší vtisk indentor zanechá po aplikaci zkušebního zatížení na povrchu dílu (vzorku), tím měkčí je zkoušený materiál.
Pro stanovení tvrdosti podle Vickerse (HV) podle normy ISO 6507 se do vzorku vtlačuje indentor ve tvaru jehlanu (s úhlem 136°) definovaným zkušebním zatížením od 1 gramu.
Výpočet tvrdosti podle Vickerse
- Vickersova tvrdost (HV) je výsledkem podílu aplikovaného zatížení (v jednotkách Newton) a plochy zbytkového vtisku na povrchu vzorku (viz vzorec níže). Pro výpočet plochy vtisku se použije průměrná hodnota dvou úhlopříček d1 a d2 (v mm), protože tvar základny vtisku často není přesně čtvercový.
- Doporučený rozsah tvrdostí měřený metodou Vickers lze nalézt v normě (ISO 6507). V závislosti na použitém zkušebním zatížení a materiálu vzorku se hodnota tvrdosti Vickers pohybuje mezi 1 a 3 000 HV.
Aplikace zkušebního zatížení
- V ideálním případě se síla při zkoušce zvýší z 0 na konečnou hodnotu během 7 sekund (minimalizace nejistoty měření). Maximální přípustný interval doby aplikace zatížení je dle normy 2 až 8 sekund (jmenovitá hodnota 7 s).
- Obecně platí, že doba výdrže zkušebního zatížení je 10 až 15 sekund (jmenovitá hodnota 14 s). Pokud je doba výdrže delší, musí být u změřené hodnoty tvrdosti uvedena také tato doba v sekundách, např.: 610 HV 10/30 (odpovídá výdrži 30 s).
- Zkušební zatížení používané v makrorozsahu u metody podle Vickerse jsou většinou podstatně nižší než zatížení používaná u metody Brinell. Preferované hodnoty zatížení jsou 49, 98, 196, 294, 490 nebo 980 N, přičemž v praxi se nejčastěji používá hodnota 294 N.
Minimální vzdálenost zkušebních vtisků u metody Vickers dle ISO 6507
Minimální vzdálenosti mezi zkušebními body (vtisky) a minimální vzdálenost od okraje vzorku pro metodu Vickers jsou definovány v normě ISO 6507. Důvodem těchto požadavků na minimální vzdálenosti je zamezení zkreslení výsledků tvrdosti vlivem plastické deformace struktury materiálu.
Minimální hodnoty, které je třeba dodržet dle normy, jsou uvedeny v diagramu vlevo.
Výhody a nevýhody zkoušení tvrdosti metodou Vickers
Metoda Vickers má následující výhody:
- Metodu Vickers lze použít u širokého spektra materiálů a zkušebních vzorků, od měkkých až po tvrdé, protože pokrývá velké rozmezí tvrdosti.
- Všechny stupnice metody Vickers používají jeden typ indentoru.
- Metodu je možné považovat za nedestruktivní, takže zkušební vzorek lze použít k dalším účelům.
Metoda Vickers má následující nevýhody:
- Měření vyžaduje dobrou kvalitu povrchu vzorku, protože vtisky se měří opticky. To znamená, že místo vtisku musí být připraveno (vybroušeno a vyleštěno), jinak je přesné vyhodnocení obtížné.
- Proces měření je poměrně pomalý (ve srovnání například s metodou Rockwell). Zkušební cyklus trvá přibližně 30 až 60 sekund, a to bez započtení času potřebného k přípravě vzorku.
- Vzhledem k nutnosti provádět optické vyhodnocení vtisku musí být tvrdoměry Vickers vybaveny optickým měřicím systémem, což zvyšuje jejich pořizovací cenu oproti tvrdoměrům Rockwell.
- Obecně lze říci, že metoda Vickers se v praxi stává nejrozšířenější zkušební metodou vzhledem k jejímu rozmanitému využití, přestože je podmíněna přípravou vzorků a vyhodnocení výsledků tvrdosti je pracnější.
