Измерение твердости по ВиккерсУ

Измерение твердости по ВиккерсУ

 

            При испытании на твердость  по методу Виккерса в поверхность материала вдавливается алмазная четырехгранная пирамида с углом при вершине a=1360 (Рис. 1.1). После снятия нагрузки вдавливания измеряется диагональ отпечатка d1. Число твердости по Виккерсу HV подсчитывается как отношение нагрузки З к площади поверхности пирамидального отпечатка М:

 

 

            Число твердости по Виккерсу обозначается символом HV с указанием нагрузки P и времени выдержки под нагрузкой, причем размерность числа твердости (кгс/мм2) не ставится. Продолжительность выдержки индентора под нагрузкой принимают для сталей 10 – 15 с, а для цветных металлов – 30 с.

Например, 450 HV10/15 означает, что число твердости  по Виккерсу 450 получено при P = 10 кгс (98,1 Н), приложенной к алмазной пирамиде в течение 15 с.

            Преимущества метода Виккерса по сравнению с методом Бринелля заключается в том, что методом Виккерса можно испытывать материаллы более высокой твердости из-за применения алмазной пирамиды.

Измерение твердости по Роквеллу

 

Рис. 3 Положение наконечника при определении  твердости по Роквеллу: I-IV последовательность нагружения.

            При этом методе индентором является алмазный конус или стальной закаленный шарик. В отличие от измерений по методу Бринелля твердость определяют по глубине отпечатка, а не по его площади. Глубина отпечатка измеряется в самом процессе вдавливания, что значительно упрощает испытания. Нагрузка прилагается последовательно в две стадии (ГОСТ 9013-59): сначала предварительная, обычно равная 10 кгс (для устранения влияния упругой деформации и различной степени шероховатости), а затем основная (Рис. 3).

Рис. 4 Схема прибора для измерения  твердости по Роквеллу

            После приложения предварительной  нагрузки индикатор, измеряющий  глубину отпечатка, устанавливается  на нуль. Когда отпечаток получен  приложением окончательной нагрузки, основную нагрузку снимают и  измеряют остаточную глубину  проникновения наконечника t.

 

 

            Твердость измеряют на приборе  Роквелла (Рис. 4), в нижней части станции которого установлен столик 5. В верхней части станции индикатор 3, масляный регулятор 2 и шток 4, в котором устанавливается наконечник с алмазным конусом (имеющим угол при вершине 1200 и радиус закругления     0,2 мм) или стальным шариком диаметром 1,588 мм. Индикатор 3 представляет собой циферблат, на котором нанесены две шкалы (черная и красная) и имеются две стрелки – большая (указатель твердости) и маленькая – для контроля величины предварительного нагружения, сообщаемого вращением маховика 6. Столик с установленным на нем образцом для измерений поднимают вращением маховика до тех пор, пока малая стрелка не окажется против красной точки на шкале. Это означает, что наконечник вдавливается в образец под предварительной нагрузкой, равной 10 кгс.

 

            После этого поворачивают шкалу  индикатора (круг циферблата) до  совпадения цифры 0 на черной  шкале с большой стрелкой. Затем  включают основную нагрузку, определяемую  грузом 1, и после остановки стрелки  считывают значение твердости  по Роквеллу, представляющее собой цифру. Столик с образцом опускают, вращая маховик против часовой стрелки.

 

            Твердомер Роквелла измеряет разность между глубиной отпечатков, полученных от вдавливания наконечника под действием основной и предварительной нагрузок. Каждое давление (единица шкалы) индикатора соответствует глубине вдавливания 2 мкм. Однако условное число твердости по Роквеллу (HR) представляет собой не указанную глубину вдавливания t, а величину 100 – t по черной шкале при измерении конусом и величину 130 – t по красной шкале при измерении шариком.

 

            Числа твердости по Роквеллу не имеют размерности и того физического смысла, который имеют числа твердости по Бринеллю, однако можно найти соотношение между ними с помощью специальных таблиц.

 

            Твердость по методу Роквелла можно измерять:

 

-         алмазным конусом с общей нагрузкой  150 кгс. Твердость измеряется по  шкале С и обозначается HRC (например, 65 HRC). Таким образом определяют  твердость закаленной и отпущенной  сталей, материалов средней твердости,  поверхностных слоев толщиной  более 0,5 мм;

 

-         алмазным конусом с общей нагрузкой  60 кгс. Твердость измеряется по  шкале А, совпадающей со шкалой  С, и обозначается HRA. Применяется  для оценки твердости очень  твердых материалов, тонких поверхностных  слоев (0,3 … 0,5 мм) и тонколистового  материала;

 

-         стальным шариком с общей нагрузкой  100 кгс. Твердость обозначается HRB и измеряется по красной шкале  B. Так определяют твердость мягкой (отожженной) стали и цветных сплавов.

 

При измерении твердости на приборе  Роквелла необходимо, чтобы на поверхности образца не было окалины, трещин, выбоин и др. Необходимо контролировать перпендикулярность приложения нагрузки и поверхности образца и устойчивость его положения на столике прибора. Расстояние отпечатка должно быть не менее 1,5 мм при вдавливании конуса и не менее 4 мм при вдавливании шарика.

 

Твердость следует измерять не менее 3 раз на одном образце, усредняя полученные результаты.

 

Преимущество  метода Роквелла по сравнению с методами Бринелля и Виккерса заключается в том, что значение твердости по методу Роквелла фиксируется непосредственно стрелкой индикатора, при этом отпадает необходимость в оптическом измерении размеров отпечатка.