Испытание на твердость это метод, используемый для проверки того, насколько хорошо материал может выдерживать деформацию. Тест на твердость по Кнупу использует индентор, который проникает примерно на половину глубины теста на твердость по Виккерсу, что делает его пригодным для хрупких материалов, таких как керамика, тонкие пластины и покрытия.
Содержание:
Что такое тест на твердость по Кнупу?
Испытание на твердость по Кнупу, также называемое испытанием на микротвердость, представляет собой метод микроиндентирования, используемый для измерения твердость материалов. Этот процесс выполняется путем вдавливания небольшого удлиненного алмазного индентора в поверхность образца с небольшой нагрузкой. Метод был разработан в 1939 году Фредериком Кнупом и его командой в Национальном бюро стандартов, отсюда и название. Он используется вместо других методов, поскольку позволяет обрабатывать очень маленькие материалы, не вызывая серьезных повреждений.
Принцип работы
Принцип теста на твердость по Кнупу прямой и точный. Индентор вдавливается в материал с контролируемой нагрузкой. Это формирует отпечаток, который измеряется для расчета твердости материала.
Что такое индентор Кнупа?
Индентор Кнупа имеет форму пирамидального алмаза и имеет следующие характеристики:
- Длинные и короткие диагонали имеют соотношение разности длин 7 к 1.
- Между короткими сторонами имеется угол 130°, а между длинными сторонами — 172.5°.
Благодаря своей удлиненной форме он идеально подходит для измерения мелких деталей и тонких покрытий, поскольку уменьшает глубину проникновения и при этом эффективно использует длину отпечатка.
Связь между вдавливанием и твердостью
После завершения теста используется микроскоп для измерения длины длинной диагонали сделанного отпечатка. Затем рассчитывается число твердости по Кнупу (KHN) с использованием специальной формулы, где твердость обратно пропорциональна площади отпечатка. Вы увидите пример по мере продвижения.
Процедура испытания на твердость по Кнупу
Эта процедура начинается с подготовки образца, выбора правильных инструментов, а затем следует индентирование, измерение и расчет.
Подготовьте свой образец
Тщательно очистите образец, убедитесь, что он гладкий, и разместите его так, чтобы он не трясся во время тестирования, чтобы избежать ошибок в измерениях.
Выберите необходимое оборудование
Для этой процедуры вам понадобится следующее оборудование: машина для испытания на микротвердость, масштабированный индентор Кнупа, микроскоп и система, позволяющая контролировать прикладываемую нагрузку, чтобы избежать неточных результатов.
Начните процесс индентирования
Нагрузка, прикладываемая во время индентирования, обычно составляет от 10 до 1,000 грамм-сил (гс) в зависимости от материала и толщины образца.
После этого используйте индентор Кнупа, чтобы загрузить образец примерно на 10–15 секунд, используя выбранную вами нагрузку. После того, как время выдержки истечет, снимите нагрузку и проверьте отпечаток с помощью прецизионного микроскопа.
Проведите измерения и рассчитайте твердость
Рассматривая отпечаток под микроскопом, измерьте длинную диагональ и запишите правильное значение в миллиметрах. Введите эти значения в формулу Кнупа и рассчитайте твердость материала.
Применение теста на твердость по Кнупу
Тест Кнупа в основном используется для измерения следующих показателей:
Тонкие покрытия: используется для испытания тонких поверхностей, таких как оксидные слои и металлические покрытия, например цинкование, хромирование.
Хрупкие материалы: подходит для керамики, стекла, карбидов и твердых минералов, где традиционные инденторы могут вызвать трещины.
Микроразмерные детали – Тест на твердость по Кнупу известен своей специализацией на работе с очень маленькими материалами. Вот почему он применим в таких областях, как биомедицинская инженерия, производство полупроводников и разработка инструментов с высокой точностью.
Преимущества и ограничения
Наши преимущества
- Он наносит минимальный ущерб испытуемому образцу по сравнению с другими методами.
- Идеально подходит для измерения тонкослойных пленок и покрытий, используемых на подложках, без необходимости прокалывания подложки.
- Измерения можно проводить многократно без каких-либо проблем, если все процедуры соблюдаются соответствующим образом.
ограничения
- Процесс зависит от характера поверхности, то есть для получения точных показаний поверхность образца должна быть гладкой и отполированной.
- Этот метод требует больше времени, в отличие от испытаний на макротвердость.
- Отпечаток измеряется только по длине длинной диагонали, это может повлиять на получение правильных показаний при испытании анизотропных материалов, таких как древесина.
- Хотя этот метод идеально подходит для деликатных материалов, его нельзя использовать для испытания мягких образцов, таких как резина.
Разница между испытаниями на твердость по Кнупу и Виккерсу
Ниже приведено подробное сравнение Кнупа и испытания на твердость по Виккерсу.
| Особенность | Кнуп | Vickers |
|---|---|---|
| Форма индентора | Пирамида ромбовидной формы, вытянутая | Форма ромба, имеющая пропорции |
| Глубина отступа | Неглубокое проникновение (примерно половина Виккерса) | Более глубокое проникновение |
| Материалы, которые лучше всего использовать | Мелкие детали, тонкие слои и хрупкие материалы | Крупногабаритные материалы, имеющие однородную форму и размер по всей площади |
| Измерения сделаны | Использует только длинную диагональ | Использует как длинные, так и короткие диагонали |
FAQ
1. Имеет ли значение толщина образца?
Да, по ASTM толщина образца должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка, а по ISO она должна составлять треть измеренной диагональной длины. Если условие не выполняется, показания будут ошибочными.
2. Зависит ли использование метода Кнупа от длины диагонали?
Да, если длина длинной диагонали меньше 20 микрометров (20 мкм), то вы не можете продолжать испытание на твердость по Кнупу. Ваши показания и расчеты будут неточными.
3. Существует ли диапазон нагрузок для испытания на твердость по Кнупу?
Да, для этого метода существует диапазон нагрузки. ASTM и ISO говорят, что он варьируется от 1 грамма силы (1 гс) до 2 килограмм силы (2 кгс). Это означает, что он используется только для испытаний низких нагрузок