В мире материаловедения и металлургии испытание на твердость по Виккерсу является одним из процессов, используемых для определения твердость материала. Испытание на твердость обычно помогает инженерам в оценке прочности, долговечности и износостойкости материала. Среди многочисленных доступных методов испытания на твердость метод Виккерса выделяется тем, что он точен, универсален и эффективен, когда дело касается очень маленьких и тонких образцов.
По мере продвижения вы узнаете больше о принципе, процедуре, плюсах, минусах и практическом применении метода Виккерса в машиностроении и других отраслях промышленности.
Содержание:
Что такое испытание на твердость по Виккерсу?
В 1921 году Роберт Л. Смит и Джордж Э. Сэндленд из компании Vickers Ltd. разработали тест на твердость по Виккерсу. В ходе теста твердость материалов измеряется с помощью пирамидального алмазного индентора оптическим методом.
Испытание на твердость по Виккерсу — это метод испытания на микротвердость, который устанавливает уровень, на котором материал устойчив к пластической деформации из стандартного источника. Это один из старейших методов испытаний, используемых и очень распространенных в Великобритании и Европе. Используемый индентор имеет форму ромба с квадратным основанием, а противоположные грани имеют угол между собой 136°. Этот индентор прикладывается к поверхности испытываемого материала с усилием от нагрузки, которая варьируется от нескольких граммов до 100 кгс.
Метод универсален, поскольку можно провести несколько испытаний с одним и тем же индентором, просто применяя разные нагрузки. Испытание по Виккерсу следует таким стандартам, как ASTM E384 или ISO 6507, и может быть очень полезным для сравнительных исследований.
Принцип испытания на твердость по Виккерсу
Тест на твердость по Виккерсу зависит от соотношения между силой, приложенной нагрузкой, и площадью поверхности отпечатка, сделанного индентором. Нагрузка прикладывается в течение стандартного периода времени около 10-15 секунд, и две диагонали созданного отпечатка измеряются с помощью микроскопа. Эти значения используются для расчета числа твердости по Виккерсу, обозначаемого как VHN или HV. Твердость материала также может быть выражена в терминах используемой нагрузки, например, HV5 означает твердость, рассчитанную для нагрузки 5 кг.
Как измерить твердость по Виккерсу
Базовые приготовления
Образец для испытаний, который будет использоваться, должен соответствовать определенным спецификациям, чтобы избежать ошибок во время испытаний. Во-первых, поверхность испытуемого материала должна быть гладкой и должным образом отполированной. Во-вторых, она должна быть плоской, чтобы при приложении нагрузки можно было легко измерить отпечаток, сделанный индентором.
Настройка машины
Твердомер Виккерса откалиброван надлежащим образом для того, чтобы процесс тестирования был выполнен без ошибок, гарантируя, что все компоненты установлены в соответствии со стандартами ASTM и ISO. Например, прикладываемая нагрузка варьируется от 1 гс до 120 кгс, что зависит от испытываемого материала.
Загрузить приложение
Индентор используется для приложения нагрузки к испытуемому образцу в течение времени выдержки около 10-15 секунд. Этот процесс может выполняться автоматически или вручную, в зависимости от мощности используемой машины для определения твердости по Виккерсу.
Измерения
После снятия нагрузки по завершении времени выдержки необходимо измерить диагонали отпечатка. Это измерение выполняется с помощью микроскопа и должно быть выполнено тщательно, чтобы избежать ошибок в расчетах. Среднее значение диагональных измерений берется для получения единственного значения, которое будет использоваться в формуле испытания на твердость по Виккерсу.
Расчеты и результаты
Расчет твердости материала прост с использованием вышеупомянутой формулы, а твердость по Виккерсу выражается в этой форме xxxHVyy или xxxHVyy/zz. Где xxx обозначает число твердости по Виккерсу, yy — нагрузку, а zz — время выдержки, выходящее за рамки утвержденного стандарта от 10 до 15 секунд. Например, 400HV10 или 400HV10/20 означает, что материал имеет число твердости по Виккерсу 400 кгс/мм-2, где была приложена нагрузка 10 кгс, в течение времени выдержки 20 секунд.
Применение испытания на твердость по Виккерсу
Метод Виккерса весьма универсален и применяется во многих отраслях промышленности, включая:
- металлургия: Тестирование границ зерен, фазовых переходов и зон, обработанных теплом.
- Аэрокосмическая и автомобильная промышленность: Оценка покрытий, сплавов и усталостной прочности.
- Электроника: Измерение твердости паяных соединений и микрокомпонентов.
- Контроль качества: проверка изготовленных деталей и зон сварки.
- Исследования и разработки: изучение новых материалов, микроструктур и композитов.
Преимущества испытания на твердость по Виккерсу
- Широкий диапазон нагрузок: эффективен для испытаний как на микро-, так и на макротвердость.
- Универсальность материалов: Может использоваться для металлов, керамики и полимеров.
- Точность: Высокая точность с минимальными отклонениями.
- Одномасштабная система: Упрощает сравнение различных материалов.
- Минимальное повреждение образца: Углубления небольшие и неглубокие.
Ограничения теста Виккерса
- Кропотливый: Требуются оптические измерения и расчеты.
- Чувствительность к подготовке поверхности: Шероховатые или изогнутые поверхности могут привести к неточным показаниям.
Сравнение с другими испытаниями на твердость
В таблице ниже приведены основные различия между Vickers, Бринеллю и Испытание на твердость по Роквеллу методы.
| Характеристика | Vickers | Бринеллю | Rockwell |
|---|---|---|---|
| индентор | Алмазная пирамида | Шарик стальной/твердосплавный | Сталь/купол/различные формы |
| Диапазон нагрузки | 1 гс – 120 кгс | 500 кгс – 3000 кгс | 15 кгс – 150 кгс |
| Точность | Высокий (оптический) | Средний (оптический) | Высокий (на основе глубины) |
| Чувствительность к подготовке поверхности | Высокий | Средний | Низкий |
| Области применения | Микрокомпоненты, покрытия | Отливки, поковки | Детали массового производства |
Среди всех методов испытания твердости метод Виккерса является предпочтительным для спеченный металл Благодаря своей точности и адаптивности. Он использует ромбовидный индентор и выдерживает широкий диапазон нагрузок. Согласно СтруерсДля испытания спеченных металлических деталей средней и высокой твердости подходят такие широко используемые нагрузки, как HV5, HV10 и HV20. Это позволяет точно измерять твердость матрицы, минимизируя погрешности, вызванные пористостью поверхности.
FAQ
Влияют ли форма и материал индентора на точность определения твердости по Виккерсу?
Да, это так. Отпечаток, сделанный с помощью индентора, должен иметь правильно определенную форму, чтобы его можно было измерить. Кроме того, индентор должен быть изготовлен из материала, который сам по себе устойчив к деформации, иначе измерения будут ошибочными. Вот почему алмазы хорошо подходят.
Влияет ли размер отпечатка на уровень твердости материала по Виккерсу?
Да, твердость материала по Виккерсу обратно пропорциональна размеру отпечатка. Это означает, что чем меньше размер отпечатка, тем выше твердость испытуемого материала, на котором был сделан отпечаток.
Является ли повреждение от вдавливания, полученное во время испытания по Виккерсу, фактором, способствующим анализу испытуемого материала?
Да, во время индентирования на четырех углах появляются трещины, и эти трещины также могут играть роль в дальнейших испытаниях, анализирующих качество материала.