Измерение твердости вдавливанием алмазной пирамиды

(твердость по Виккерсу)

При измерении твердости по способу Виккерса в металл вдавливается четырехгранная алмазная пирамида суглом в вершине 136^о, и твердость характеризует площадь получаемого отпечатка. При вдавливании пирамиды соотношение между диагоналями получающегося отпечатка при изменении нагрузки остается постоянным, что позволяет вшироких пределах в зависимости от целей исследования увеличивать или уменьшать нагрузку.

Испытания проводят на приборе (рис. 3.3), имеющем неподвижную станину, в нижней части которой установлен столик 3, перемещающийся по вертикали вращением маховика 2. Образец устанавливают на столике кверху испытуемой поверхностью (перпендикулярной действующей силе) и затем поднимают столик почти до соприкосновения образца с алмазной пирамидой, закрепленной в штоке 4. Нажатием педали спускового рычага 1 приводят в действие нагружающий механизм, который через рычаг передает давление предварительно поднятых грузов 6 на алмазную пирамиду. После этого опускают столик прибора и подводят микроскоп 5, установленный на штанге, прикрепленной к станине. С помощью микроскопа определяют длину диагоналей полученного отпечатка.

На окуляре микроскопа имеются две шторки: подвижная и неподвижная. Микрометрический винт соединен с вращающимся указателем (барабаном) с цифрами. Передвижение подвижной шторки вызывает вращение цифровой ленты указателя. Цифру, которая будет соответствовать положению подвижной шторки, когда она соприкасается с углом отпечатка (рис. 3.4), переводят по таблице на числа твердости по Виккерсу. Измерить необходимо обе диагонали отпечатка и принимать среднюю величину измерений.

Рис. 3.3. Схема прибора для измерения твердости вдавливанием алмазной пирамиды (измерение по Виккерсу):

1 – педаль; 2 – маховик; 3 – столик; 4 – шток; 5 – микроскоп; 6 - груз

Рис. 3.4. Схема измерения отпечатка, полученного вдавливанием алмазной пирамиды (измерение по Виккерсу)

В этом приборе можно создавать нагрузки в 1, 3, 5, 10, 20, 30, 50, 100 и 120 кг. Чем больше выбираемая нагрузка, тем глубже проникает алмазная пирамида в испытуемый материал. Поэтому для измерения твердости тонких слоев применяют меньшие нагрузки: 1, 3 или 5 кг. На этом приборе можно измерять твердость образцов толщиной до 0, 3 – 0, 5 мм или поверхностных слоев толщиной до 0, 03 – 0, 05 мм. Необходимо учитывать, что при небольшой нагрузке, например в 1 кг отпечаток пирамиды может быть недостаточно отчетливым, что вызовет ошибку в определении длины диагонали. Поэтому для измерения твердости очень тонких поверхностных слоев, например цианированного слоя стали толщиной 0, 04 – 0, 06 мм, чаще применяют нагрузку в 5 кг, а для измерения твердости азотированного слоя стали толщиной до 0, 05 мм – нагрузку в 5 или 10 кг. При обозначении твердости по Виккерсу следует указывать величину применяющейся нагрузки (1 кг, 3 кг и т. д.). Поверхность образцов для определения твердости пирамидой должна быть тщательно отшлифована шкуркой с мелким зерном или даже отполирована. Толщина испытуемого образца должна быть не меньше чем 1, 5 диагонали отпечатка.

Твердость по Виккерсу HV, так же как и по Бринеллю, определяется как усилие, приходящееся на единицу поверхности отпечатка:

 

 

где Р – нагрузка на пирамиду, н; a – угол между противоположными гранями пирамиды (136^о); d – среднее арифметическое длины обеих диагоналей отпечатка, после снятия нагрузки, м.

Числа твердости по Виккерсу и по Бринеллю имеют одинаковую размерность, и для материалов твердостью до 4500 НВ практически совпадают. Вместе с тем измерения пирамидой дают более точные значения для металлов с высокой твердостью, чем измерения шариком или конусом. Алмазная пирамида имеет большой угол в вершине (136^о) и диагональ ее отпечатка примерно в семь раз больше глубины отпечатка, что повышает точность измерения отпечатка даже при проникновении пирамиды на небольшую глубину и делает этот способ особенно пригодным для определения твердости тонких или твердых сплавов.

При испытании твердых и хрупких слоев (азотированного, цианированного) около углов отпечатка иногда образуются трещины (отколы), по виду которых можно судить о хрупкости измеряемого слоя.