Твердость по Виккерсу

При стандартном измерении твердости по Виккерсу (ГОСТ 2999-59) в поверхность образца вдавливают алмазный индентор в форме четырех­гранной пирамиды с углом при вершине a= 136°. После удаления нагруз­ки Р, действующей определенное время (10-15 с для черных или 30 с для цветных металлов), измеряют диагональ отпечатка d, оставшегося на по­верхности образца.

Число твердости HV (записывается без размерности, например HV 230) определяют делением нагрузки в килограммах на площадь боковой поверхности полученного пирамидального отпечатка:

; МПа (3)

Таким образом, в результате испытания измеряют только диагональ восстановленного отпечатка. Зная использованную нагрузку, можно найти число твердости по специальным таблицам, составленным с использовани­ем формулы (3).

Относительно небольшие нагрузки и малая глубина вдавливания индентора обуславливают необходимость более тщательной подготовки поверхности, чем в случае измерения твердости по Бринеллю. Образцы для замера твердости должны быть, как правило, отполированы и их по­верхность свободна от наклепа.

Минимальная толщина испытуемого образца должна превышать диагональ отпечатка в 1,2 (для сталей) или в 1,5 раза (для цветных метал­лов и сплавов). Расстояние между центром отпечатка и краем образца или краем соседнего отпечатка принимают не менее 2,5 d. Обычно d<lмм, т.е. размеры отпечатка при определении твердости по Виккерсу значительно меньше, чем в методике Бринелля.

Таблица 2

Таблица перевода чисел твердости

При грубой обработке образца это может вызывать большой разброс значений в разных точках образца по сравне­нию с разбросом НВ. Для получения достоверных средних значений HV приходится делать на каждом образце не менее 5-10 замеров.

Схема прибора марки ТП для измерения твердости по Виккерсу по­казана на рис. 5.

Прибор смонтирован на станине 1. Образец помещают на опорный столик 5. Нагрузка прилагается к индентору 6 через установлен­ный на призмах 11 рычаг 12 (с отношением плеч 1:25) и промежуточный шпиндель 9, постоянно прижатый двумя пружинами к призме рычага. В спокойном состоянии рычаг 12 опирается на штырь 13. На данном плече рычага имеется подвеска 14 для установки сменных грузов 15. Рычаг с подвеской без сменных грузов дает минимальную нагрузку 5 кгс. Шпин­дель 8 с индентором и измерительный микроскоп 10 смонтированы на по­воротной головке. Ее поворот производится рукояткой 7. После установки образца на стол твердомера совмещают перекрестие окуляра микроскопа с тем местом на образце, твердость которого необходимо измерить. Наводка на резкость производится перемещением подъемного винта 4 маховичком 3. Затем рукояткой 7 поворотную головку устанавливают так, чтобы индентор оказался над образцом. При этом ось шпинделя 8 совмещается с осью промежуточного шпинделя 9. Подъемный винт 4 поднимают вверх до упора в торец защитного колпачка индентора.

Рис. 5. Схема прибора ТП для определения твердости по Виккерсу

Затем с помощью руко­ятки 23 вводится меха­низм грузового привода и произво­дится его включение нажатием на пе­даль 2. При этом ломаный рычаг 17 выводит из мертвого положения и пустотельный шпиндель 16 связанный с маслинным амортизатором 19, опус­кается вниз. Движение поршня амор­тизатора с укрепленным на нем гру­зом 20 вызывает опускание подъем­ного штыря 13, на котором лежит гру­зовой рычаг прибора.

После того, как штырь опустится, рычаги 21, 22 вновь поднимут его, снимая, таким образом, приложенную нагрузку. Продолжительность выдержки под нагрузкой регулируется в пределах 10-30 с винтом 18 на крыше масляного амортизатора. Пока образец находится под нагрузкой, горит сигнальная лампочка, расположенная в верхней части передней панели твердомера.

После снятия нагрузки поворотную головку вновь переводят в такое положение, чтобы полученный отпечаток оказался в поле зрения микро­скопа. Затем с помощью барабанчика окуляр -микрометра производят за­мер длины диагонали отпечатка.

Физический смысл числа твердости по Виккерсу аналогичен НВ. Ве­личина HV тоже является усредненным условным напряжением в зоне контакта индентор - образец и характеризует обычно сопротивление мате­риала значительной пластической деформации.

Числа HV и НВ близки по абсолютной величине. Это обусловлено равенством угла при вершине пирамиды, угла между касательными к ша­рику. Для случая "идеального" отпечатка с d = 0,375 D. Однако HB»HV только до НВ = 400 - 450. Выше этих значений метод Бринелля дает иска­женные результаты из-за остаточной деформации стального шарика.