Определение твердости по Виккерсу согласно ISO 6507 / ASTM E384
Метод определения твердости по Виккерсу подходит для испытаний всех металлов, поэтому является методом с самым широким диапазоном применения. Метод определения твердости по Виккерсу регламентирован в стандартах ISO 6507 (Металлические материалы - определение твердости по Виккерсу; ч. 1: метод испытания) и ASTM E384 (стандартный метод испытания для определения твердости микровдавливанием (1 гс - 200 гс) по Виккерсу и Кнупу).
Процесс определения твердости по Виккерсу Расчет твердости по Виккерсу Приложение усилия испытания Минимальное расстояние между отпечатками Преимущества и недостатки Твердомер Виккерса
Для определения твердости по Виккерсу в стандартном диапазоне и диапазоне малых усилий (200 гс - 120 кгс), напротив, используется стандарт ASTM E92.
Общие знания относительно определения твердости по Виккерсу
При методе испытания по Виккерсу индентор состоит из пирамиды с алмазным напылением с квадратной базой и межгранным углом α = 136°. Он вдавливается в образец с усилием испытания (по стандарту от 10 г) и удерживается там в течение определенного времени.
Длина обеих диагоналей остаточного отпечатка измеряется оптически. Твердость по Виккерсу рассчитывается из среднего значения диагоналей и использованного усилия испытания.
Процесс определения твердости по Виккерсу согласно ISO 6507, ASTM E384
При определении твердости по Виккерсу, оптическом методе, измеряют величину отпечатка, оставляемого индентором, или диагонали отпечатка. В противоположность к этому, при методе измерения глубины (нормирован только метод Роквелла) измеряют глубину проникновения отпечатка, оставляемого индентором.
Чем глубже отпечаток, оставляемый индентором при определенном усилии испытания на поверхности заготовки (образца), тем мягче испытываемый материал.
Для определения твердости по Виккерсу (HV) согласно ISO 6507 и ASTM E384 пирамидальный индентор (с межгранным углом 136°) с определенной нагрузкой от 1 г вдавливается в образец (заготовку).
Расчет твердости по Виккерсу
- Твердость по Виккерсу HV определяется как частное из приложенного усилия испытания F (в ньютонах (Н)) и поверхности оставшегося отпечатка на образце (см. формулу справа в графике). Для расчета поверхности оставшегося пирамидального отпечатка привлекается среднее значение обеих диагоналей d1 и d2 (в мм), т.к. основание отпечатков по Виккерсу зачастую не является точно квадратным.
- Рекомендованный диапазон твердости по Виккерсу можно найти в стандарте (ISO 6507) и стандарте ASTM E384. Он составляет от 1 до 3.000 HV, в зависимости от усилия испытания и материала образца.
Приложение усилия испытания
- В оптимальном режиме усилие испытания в течение 7 секунд увеличивается с 0 до своего конечного значения (сведение к минимуму неопределенности измерения), максимально допустимый стандартом интервал времени приложения усилия составляет от 2 до 8 секунд (заданное время: 7 сек.).
- Срок воздействия усилия испытания составляет, как правило, от 10 до 15 секунд (заданное время: 14 сек.). При более длительном сроке воздействия его следует дополнительно указать в секундах в значении твердости, например: 610 HV 10/30 (срок воздействия 30 сек.).
- Усилия испытания, используемые при методе Виккерса в макродиапазоне, зачастую значительно ниже, чем при методе Бринелля. Для макродиапазона преимущественно используют значения в 49, 98, 196, 294, 490 и 980 Н, на практике же чаще всего проводят испытания с усилием 294 Н.
Минимальное расстояние между отпечатками при методе испытания по Виккерсу, ISO 6507
В стандарте ISO 6507 для метода испытания по Виккерсу регламентированы минимальные расстояния между точками испытания (отпечатками) и кромкой образца. Основанием для этих минимальных расстояний является необходимость предотвращения искажений результатов твердости, возникающих вследствие деформации структуры материала.
Минимальные значения, которые по стандарту следует соблюдать, указаны в графике.
Преимущества и недостатки определения твердости по методу Виккерса
Метод определения твердости по Виккерсу предлагает следующие преимущества:
- С помощью метода по Виккерсу можно измерять любые материалы и заготовки, от мягких до твердых, метод охватывает весь диапазон твердости.
- Предусмотрен только один индентор, который можно использовать для всех методов по Виккерсу.
- Возможны неразрушающие испытания, образец можно использовать дальше.
Метод определения твердости по Виккерсу обладает следующими недостатками:
- Необходима хорошая структура поверхности образца, т.к. измерение отпечатка проводится визуально. Это означает необходимость подготовки точки испытания, иначе точный анализ будет затруднен.
- Медленное проведение испытаний (по сравнению с методом Роквелла). Процесс испытания длится от 30 до 60 секунд, причем здесь не учитывается время на подготовку образцов.
- По причине необходимости визуального анализа отпечатка твердомер Виккерса должен быть оборудован соответствующей оптикой, поэтому он дороже твердомера Роквелла.
- Однако принципиально можно сказать, что метод по Виккерсу, благодаря своим разнообразным возможностям применения на практике, все больше становится самым актуальным, даже если требуется подготовка образцов и затратный анализ значения твердости.
