Укрощение строптивых. Так образно можно назвать измерение твердости по Виккерсу . Метод используют для работы с особо твердыми металлами и их сплавами.

К таким нужен особый подход. Присутствуют в лабораториях и . В каком качестве?

Измерение твердости по Виккерсу

Из производят наконечники инденторов. Последние вдавливаются в металл, дабы определить степень его сопротивления.

Только вот, в часть погрузиться может лишь – самый твердый минерал на Земле, с показателем по в 10 баллов.

В большинстве твердомеров, к примеру, аппаратах , на инденторе устанавливается конус из закаленной стали.

Для отдельных металлов она сгодится. Даже самый твердый уран по шкале Мооса может похвастаться всего 6-ю баллами, а закаленная сталь – 7,5-8-ю.

Однако, если брать урановые сплавы, они могут быть равнозначны 9-бальному корунду.

Специализация метода не означает, что твердость по Виккерсу запрещено проставлять на мягких материалах. Машина, способная справиться с самыми прочными, измерит и податливые.

Просто, предприятиям, работающим исключительно с мягкими сплавами, нет нужды покупать дорогостоящий твердомер с наконечником.

Измерение твердости по методу Виккерса отличается не только использованием вдавливателей, но и возможностью определить степень сопротивления предметов разной величины.

Есть наручные ? Пружины в них проходят проверку на аппаратах Виккерса.

Каким образом они приспособлены работать одновременно и с массивными, и с миниатюрными предметами, рассмотрим в следующей главе.

Принцип измерения по Виккерсу

Для определения твердости по Виккерсу нужна четырехгранная пирамида из . Обязательна правильная форма вдавливателя.

Да, да, камень именно вдавливается в поверхность испытуемого материала. Если угол между противоположными гранями пирамиды составляет ровно 136 градусов, измерения должны быть верными.

Опыты проводятся с помощью специального прибора. У него есть опорный столик, на который кладется испытуемый образец и тот самый индентор с пирамидой.

Есть пресс, вдавливающий наконечник, и регуляторы нагрузки. Результаты записываются цифрами, к которым прибавляются буквы HV .

Твердость по Виккерсу соответствует диагонали отпечатка от пирамидки. Отпечаток этот подвергается изучению под микроскопом, точность которого равна 1 микрометру.

На других твердомерах подобных «дивайсов» нет. Поэтому, точность измерений по Виккерсу повышена.

Описание метода можно свести к формуле: HV=P/F(ean/ii 2). Под P понимается нагрузка. F обозначает площадь отпечатка.

Интересно, что результат почти не зависит от приложенной нагрузки. Кажется, можно ведь надавить посильнее, или послабже.

Однако, выручает пирамидальная форма индентора. Профиль отпечатка треугольный, то есть, обладает свойствами подобия.

Для убеждения в правильности измерений можно повторить опыт уже на твердомере Бринелля. Это инженер из Швеции.

Его шкала металлов совпадает с отметками Виккерса в пределах от 100 до 450-ти единиц. В этих границах находится, к примеру, твердость стали по Виккерсу .

Выдержка на обоих твердомерах равна 10-15-ти секундам. Это время вдавливания наконечников инденторов в испытуемую поверхность.

Она не должна быть шероховатой. Иначе, результаты могут быть неточными на обоих приборах. Это считается минусом методов.

Применение измерений по Виккерсу

Шкала твердости Виккерса позволяет протестировать не только пружины, но и листовые материалы вплоть до гальванического покрытия.

– металлическое напыление, призванное защитить предмет от коррозии, улучшить свойства и эстетику.

Толщина пленки может составлять всего доли миллиметра. Ни один твердомер кроме аппарата Виккерса за такое «не возьмется».

Твердомер Виккерса способен настраиваться на нагрузку от 1-го до 500-от граммов. С таким же успехом аппарат дает давление и в полтонны.

Применение разных грузов, отлаженная электроника, делают твердомер Виккерса универсальным для любых предприятий, особенно, широкого профиля.

Твердость по Виккерсу – ГОСТ , входящий в национальный стандарт Российской Федерации. Прописаны не только требования к той, или иной, продукции, но и запросы по отношению к твердомерам.

Получается, маркировка по Виккерсу – показатель качества товаров. Особенно часто твердость требуется определить в отрасли автомобилестроения.

По Виккерсу ориентируются и конструкторы космических кораблей, спутников, воздушных судов. Все они нуждаются в корпусах и прочих деталях повышенной прочности.

Но, мало разработать сплав, должный отличаться исключительной твердостью. Нужно еще и доказать, что она именно такова, как прописано в документах. Вот и приходит на помощь твердость по Виккерсу.

Принцип определения сопротивления металлов важен и в ювелирной отрасли. Приобретая драгоценности, люди хотят, чтобы они были носкими.

Это во многом зависит от твердости сплавов. изделие может быть дорогостоящим, но потерять уже через несколько месяцев эксплуатации.

На останутся множественные царапины от контакта с другими поверхностями. Так что, ориентироваться стоит не только на , но и показатель Виккерса.

Кроме процента главного металла, он зависит от характера и количества примесей – . Она в не указывается.

Известно, что золото – мягкий металл. По идее, чем больше лигатуры, тем тверже должен быть .

Получается, из-за соображений носкости можно взять 375-ю пробу, в которой драгоценного сырья всего около 38%? Ан, нет.

Твердость 9-каратного ниже показателя 18- (-я проба) всего на 5 единиц. У первого по Виккерсу 120 единиц, у второго – 125.

А вот злато -ой пробы тверже обоих образцов минимум на 10 баллов. Это уже приличный показатель. С разорались. О гальванике упомянули.

Осталось выяснить, какие еще материалы измеряются методом Виккерса. Такие данные и в космосе пригодятся, и в быту не помешают.

Какие материалы измеряются на твердость по Виккерсу

Кроме гальванизированных поверхностей, метод применим к азотированным материалам. Их обрабатывают газом в специальных камерах, насыщая исходную поверхность атомами .

Итог – повышенная стойкость к коррозии и выдающаяся микротвердость. Так называют сопротивляемость отдельных областей в структуре материала.

Раз азотируется поверхность, значит, твердостью отличается именно она, прикрывая более уязвимое нутро.

Знак Виккерса ставят и на цементированных поверхностях. Цемент в привычном понимании слова здесь ни при чем.

Верхний слой материала, к примеру, стали, насыщают углеродом. Это придает сплаву особую твердость до 8,5 баллов по шкале Мооса.

По Виккерсу это в районе 750-ти единиц, то есть, почти на 400 HV превосходит твердость металлов.

Виккерсу идея его твердомера пришла в первой половине 20-го столетия. Еще тогда физик решил заложить в прибор систему автоматической обработки данных.

Современные инженеры довели идею предшественника до совершенства, если оно существует.

Стационарные аппараты 21-го века компактны, снабжены всеми возможными настройками. Стоит, правда, такое совершенство немало.

Но, это, как говориться, боль производителей. Дело потребителей, — видеть в инструкциях , позволяющие понять, насколько надежна та, или иная вещь.

Метод Виккерса является наиболее совершенным, позволяющим из­мерять твердость черных и цветных металлов и сплавов, тонких деталей и поверхностных слоев в единицах, соответствующих напряжениям, возникаюшим в зоне контакта индентор - образец.

Основными достоинствами метода являются:

1. определение твердости независимо от прилагаемой нагрузки, так как сохраняется геометрическое подобие отпечатка;

2. возможность испытания как весьма твердых, так и мягких материалов, благодаря алмазному индентору и широкому интервалу испытательных нагрузок;

3. незначительное повреждение поверхности материала;

4. возможность определения твердости очень тонких пластин, слоев и по­крытий.

Недостатки метода:

1. невозможность испытания крупнозернистых гетерогенных материалов из- за искажения формы отпечатка;

2. повышенная, по сравнению с методом Роквелла, продолжительность определения твердости.

Твердость по Виккерсу определяют путем вдавливания в материал ал­мазной четырехгранной пирамиды с углом при вершине α=136 0 определенной силой Р в течение установленного времени (рис. 4). После снятия на­грузки измеряют диагональ d полученного на поверхности образца отпе­чатка.

Величину твердости рассчитывают по формуле

F = – площадь поверхности отпечатка, мм 2 .

Тогда твердость НV = 1,8544 .

Так как поверхность отпечатка не имеет точной формы квадрата, то для расчета твердости используют среднюю величину диагонали

d=0,5(d 1 +d 2),

где d 1 и d 2 - длины диагоналей отпечатка (рис. 4).

Разность их длин не должна превышать 2% от длины меньшей диагонали.

Угол при вершине α=136 0 выбран с таким расчетом, чтобы получаемая твердость была близка к твердости по Бринеллю, полученной при оптимальном угле вдавливания шарика, когда диаметр сферического отпе­чатка d = 0,375D. Поэтому числа твердости HV и НВ практически совпада­ют до 400...450 единиц. При более высокой твердости величина HV стано­вится выше НВ вследствие влияния деформаций стального шарика.

Метод Виккерса предусматривает использование нагрузок от 9,8 Н (1кгс) до 980 Н (100 кгс). Нагрузки меньше 49 Н (5 кгс) применяют для мягких цветных металлов и сплавов. Продолжительность выдержки под нагрузкой должна составлять 10... 15 с. По техническим условиям допускает­ся увеличение выдержки.

Для измерения твердости по методу Виккерса применяют твердомеры типа ТП-7Р-1 (ГОСТ 23677-79). При испытательных нагрузках, Н (кгс): 49 (5); 98 (10); 196 (20): 294 (30); 490 (50) и 980 (100) прибор позволяет изме­рять твердость черных и цветных металлов в диапазоне 8... 1000 HV.

Твердомер состоит из следующих основных узлов: рычажной системы для передачи испытательных нагрузок на образец с передаточным отноше­нием 1:20; отсчетно-проекционной системы для проецирования отпечатка на экран с увеличением в 120 раз и измерения диагоналей отпечатка в двух взаимно-перпендикулярных направлениях; ручного привода с демпферным устройством для плавного приложения испытательных нагрузок со ско­ростью не более 0,5 мм/с; механизма подъема предметного столика и элек­трооборудования.

Испытания на твердомере ТП-7Р-1 проводят в следующем порядке:

1. Установив на подвеске требуемый груз, тумблерами, расположенными на передней стенке корпуса, включают прибор и реле времени на выдержку 12,5 и 30 с.

2. Устанавливают образец на предметный столик и поднимают его до упора в ограничитель. При этом на экране головки отсчетно-проекционной си­стемы появляется изображение поверхности образца.

3. Переводят рукоятку привода в верхнее (рабочее) положение. Происходит включение электромагнита, который поворачивает каретку в положение "Наконечник", а опорная платформа освобождает подвеску с грузом. Рычажная система через шпиндель передает нагрузку на каретку и нако­нечник внедряется в поверхность образца.

4. После определенной выдержки под нагрузкой звучит звонок, и рукоятку переводят в нижнее (исходное) положение. Действие нагрузки прекращается, электромагнит отключается, и каретка под действием пружины возвращается в положение "Объектив". На экране появляется изображе­ние полученного отпечатка.

5. С помощью штриховых шкал, нанесенных на экран, используя поворот головки, измеряют две диагонали отпечатка. Шкалы выполнены подвиж­ными и имеют разную цену делений: большая - 0,1 мм, малая - 0,01 мм. Перемещение шкал осуществляется вращением микрометрических винтов, расположенных на головке. Левый винт перемещает" одновременно обе шкалы и служит для совмещения штриха большой шкалы с началом диа­гонали отпечатка. Правый микрометрический винт перемещает только малую шкалу, обеспечивающую измерение с точностью до 0,001 мм. Ис­пользование нониуса барабана этого винта, имеющего цену деления 0,001 мм, позволяет снизить погрешность измерения до 1 мкм.

В процессе испытаний по Виккерсу необходимо соблюдать следующие условия:

1. шероховатость поверхности образца должна быть не более 0,16 мм;

2. допускается измерение на криволинейных поверхностях с радиусом кривизны не менее 5 мм;

3. толщина образца или поверхностного слоя должна быть в 1,2 раза (для черных металлов) или в 1,5 раза (для цветных сплавов) больше диагонали отпечатка;

4. при неизвестной толщине испытуемого слоя необходимо провести несколько измерений, уменьшая нагрузку до тех пор, пока твердость при двух смежных нагрузках будет совпадать;

5. расстояние между центром отпечатка и краем образца или краем соседне­го отпечатка должно быть не менее 2,5 длин диагонали;

6. диагональ длиной до 0,2 мм включительно измерять с погрешностью ±0,001 мм, а длиной более 0,2 мм - с погрешностью не более ± 0,5 %.

При испытании материала под нагрузкой 294 Н (30 кгс) в течение 10... 15 с условия испытания в обозначении твердости не указывают (например, 512 HV). При отличных параметрах испытаний их указывают в конце обозначения твердости через дробь (например, 220 HV 10/40, где 10 - нагрузка в кгс, 40 - время выдержки, с).

При испытании на твердость по методу Виккерса в поверхность материала вдавливается алмазная четырехгранная пирамида с углом при вершине =136 0 (Рис. 1.1). После снятия нагрузки вдавливания измеряется диагональ отпечатка d 1 . Число твердости по Виккерсу HV подсчитывается как отношение нагрузки 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/мм 2) не ставится. Продолжительность выдержки индентора под нагрузкой принимают для сталей 10 – 15 с, а для цветных металлов – 30 с.

Например, 450 HV 10/15 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.

2.3 Измерение твердости по Роквеллу

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. 3 Положение наконечника при определении твердости по Роквеллу: I-IVпоследовательность нагружения.

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 наконечникаt.

Рис. 4 Схема прибора для измерения твердости по Роквеллу

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 120 0 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;

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

Все документы, представленные в каталоге, не являются их официальным изданием и предназначены исключительно для ознакомительных целей. Электронные копии этих документов могут распространяться без всяких ограничений. Вы можете размещать информацию с этого сайта на любом другом сайте.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ
	НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ российской ФЕДЕРАЦИИ	ГОСТ Р ИСО 6507-1 2007

Металлы и сплавы

ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПО ВИККЕРСУ

Часть 1

Метод измерения

ISO 6507-1:2005
Metallic materials - Vickers hardness test - Part 1: Test method
(IDT)

Москва Стандартинформ 2008

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Всероссийским научно-исследовательским институтом физико-технических и радиотехнических измерений Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Управлением метрологии Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 ноября 2007 г. № 336-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 6507-1:2005 «Материалы металлические. Определение твердости по Виккерсу. Часть 1. Метод испытания » (ISO 6507-1:2005 «Metallic materials - Vickers hardness test - Part 1: Test method»).

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2004 (подраздел 3.5)

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

2 Нормативные ссылки В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты: ИСО 6507-2:2005 Материалы металлические. Определение твердости по Виккерсу. Часть 2. Поверка и калибровка испытательных машин ИСО 6507-3:2005 Материалы металлические. Определение твердости по Виккерсу. Часть 3. Калибровка контрольных образцов ИСО 6507-4:2005 Материалы металлические. Определение твердости по Виккерсу. Часть 4. Таблицы определения твердости 3 Метод измерения 3.1 При измерении твердости и микротвердости по Виккерсу алмазный наконечник в форме правильной четырехгранной пирамиды с углом а между противоположными гранями при вершине вдавливается в поверхность испытуемого образца под действием нагрузки (статической силы) F . Схема приложения нагрузки приведена на рисунке 1. Нагрузку прикладывают перпендикулярно к поверхности испытуемого образца. После снятия нагрузки измеряют длины диагоналей отпечатка d 1 и d 2 . Рисунок 1 - Схема приложения нагрузки Твердость по Виккерсу пропорциональна частному от деления нагрузки на площадь боковой поверхности отпечатка. Площадь боковой поверхности рассчитывают по длинам диагоналей, допуская, что отпечаток имеет форму правильной пирамиды, имеющей в основании квадрат, и с углом при вершине, совпадающим с углом при вершине у наконечника. 4 Определения и обозначения 4.1 На рисунке 1 и в таблице 2 приводятся основные определения и обозначения, используемые при измерении твердости по шкалам Виккерса. Таблица 2 Обозначение Определение α Угол между противоположными гранями на вершине пирамидального наконечника (136°) F Нагрузка (статическая сила), используемая при измерении, Н D Среднеарифметическое значение двух длин диагоналей d 1 и d 2 (рисунок 1), мм HV Примечание - Число твердости по Виккерсу HV определяют по формуле где k = 0,1891 - постоянная; F - нагрузка, используемая при измерении, Н; d - среднеарифметическое значение длин диагоналей d 1 и d 2 , мм. 4.2 Обозначения чисел твердости Виккерса - HV . Пример Примечание - Первоначально нагрузка выражалась в килограммах силы (кгс). В настоящее время испытательную нагрузку принято выражать в ньютонах, однако принятые ранее обозначения шкал твердости Виккерса не меняются. Например, в документах вместо 30 кгс надо использовать 294,2 Н. 5 Твердомеры 5.1 Твердомеры должны обеспечивать предписанные нагрузки или нагрузки из требуемого диапазона по ИСО 6507-2. 5.2 Пирамидальный наконечник в форме правильной четырехгранной пирамиды должен удовлетворять требованиям ИСО 6507-2. 5.3 Измерительное устройство - в соответствии с ИСО 6507-2. Примечание - Процедура, которую можно использовать для периодического контроля твердомера, изложена в D. 6 Требования к объектам измерений 6.1 Измерения должны проводиться на плоской, гладкой, свободной от посторонних веществ и включений поверхности. Поверхность после окончательной обработки должна обеспечивать точное измерение длины диагоналей отпечатков. 6.2 При подготовке поверхности образца следует исключить, по возможности, изменение его твердости от нагрева или охлаждения. Отпечатки микротвердости Виккерса имеют небольшую глубину, поэтому подготовку поверхности следует проводить с особой осторожностью. Рекомендуется использовать полировку или электрополировку в зависимости от свойств материала. 6.3 Толщина испытуемого образца или покрытия должна быть в 1,5 раза больше средней длины диагоналей отпечатка (). Не допускается видимая деформация обратной поверхности испытуемых образцов. 6.4 Для образцов с криволинейной поверхностью в приложении В приведены таблицы поправочных коэффициентов. 6.5 На опорной поверхности образца не должно быть видимых повреждений. Образец во время измерения твердости не должен прогибаться или пружинить. Образец должен лежать на подставке устойчиво, чтобы избежать его смещения при измерении твердости. 7 Измерение твердости 7.1 Измерение твердости можно проводить при температуре окружающей среды от 10ºС до 35ºС. Измерения проводят при температуре (23 ± 5)ºС Таблица 3 Обозначение шкалы твердости F , H Обозначение шкалы твердости Номинальное значение нагрузки F , Н Обозначение шкалы твердости Номинальное значение нагрузки F , H HV 5 49,03 HV 0.2 1,961 HV 0,01 0,09807 HV 10 98,07 HV 0,3 2,942 HV 0,015 0,1471 HV 20 196,1 HV 0,5 4,903 HV 0,02 0,1961 HV 30 294,2 HV 1 9,807 HV 0,025 0,2452 HV 50 490,3 HV 2 19,61 HV 0,05 0,4903 HV 100 980,7 HV 3 29,42 HV 0,1 0,9807 Примечание - При необходимости могут использоваться другие нагрузки, например HV 2,5(24,52 Н) и нагрузки больше 980,7 Н. 7.3 Испытуемый образец должен размещаться на жесткой опоре. Поверхность опоры должна быть ровной и без следов смазки. Испытуемый образец должен неподвижно лежать на опоре, его перемещение во время измерения недопустимо. 7.4 Во время испытания приводят наконечник в контакт с поверхностью испытуемого образца и увеличивают нагрузку в направлении, перпендикулярном к поверхности, без рывков или вибрации, пока прикладываемая нагрузка не достигнет определенной величины. Время от начала приложения нагрузки до достижения номинального значения нагрузки должно быть не меньше 2 и не больше 8 с. Для измерений по Виккерсу с малой нагрузкой и микротвердости это время не должно превышать 10 c . Для измерений по Виккерсу с малой нагрузкой и микротвердости скорость внедрения наконечника в образец не должна превышать 0,2 мм/с. Примечание - Для измерения микротвердости наконечник должен входить в контакт с образцом при скорости от 15 до 70 мкм/с. Время выдержки под нагрузкой должно быть от 10 до 15 с. Для некоторых материалов предусмотрено более длительное время выдержки под нагрузкой, допуск для времени выдержки в таких случаях должен быть ± 2 с. 7.5 Во время цикла измерения, включающего приложение нагрузки, выдержку под нагрузкой и снятие нагрузки, твердомер должен быть защищен от вибрационных воздействий. 7.6 Расстояние между центром отпечатка и краем образца должно быть не менее 2,5 средних длин диагоналей отпечатка для стали, меди и сплавов меди и не менее трех средних длин диагоналей отпечатка для легких металлов, свинца, олова и их сплавов. Расстояние между центрами двух смежных отпечатков должно быть не менее трех средних длин диагоналей отпечатка для стали, меди и сплавов меди и не менее шести средних длин диагоналей отпечатка для легких металлов, свинца, олова и их сплавов. Если два смежных отпечатка отличаются по размерам, расстояние должно определяться по средней длине диагонали большего отпечатка. 7.7 Измеряют длины двух диагоналей. Среднеарифметическое значение двух измерений должно быть использовано для вычисления твердости по Виккерсу. Для плоских поверхностей разность между длинами диагоналей не должна превышать 5 % длины меньшей из них. Если разность больше, это должно фиксироваться в протоколе измерений. Примечание - Увеличение микроскопа должно быть таким, чтобы длина диагонали отпечатка составляла не менее 25 % и не более 75 % ширины рабочего поля. 7.8 При измерении твердости на криволинейных поверхностях необходимо применять таблицы . В приведены таблицы для определения чисел твердости по Виккерсу в зависимости от испытательной нагрузки и средней длины диагоналей отпечатка. 8 Оценка неопределенности результатов измерений Полную оценку неопределенности результатов измерений твердости следует проводить в соответствии с требованиями руководства . Для оценки неопределенности результатов измерений существуют два подхода: Один подход основывается на оценке неопределенности всех возможных источников, возникающих во время калибровки системы приложения нагрузки, измерительной системы твердомера, параметров алмазной пирамиды. Процедура оценки изложена в ; Другой подход основывается на оценке неопределенности с использованием эталонной меры твердости -. Руководство по определению содержится в D. Примечание - Не всегда можно оценить вклад от разных источников в неопределенность измерений. В этом случае оценку неопределенности по типу А можно выполнить с помощью статистического анализа нескольких отпечатков по эталонной мере твердости. Когда неопределенности, оцененные по типу А и В, складываются, вклады различных источников не учитывают дважды (см. , пояснение 4). Методы оценки неопределенности приводятся в D. 9 Отчет об измерениях Отчет об измерениях должен содержать следующую информацию: b ) все атрибуты, необходимые для идентификации эталонной меры твердости; c ) полученные результаты; d ) все операции, не предусмотренные в настоящем стандарте; e ) подробности измерений или обстоятельства, которые могли повлиять на результат; f ) температуру, при которой проводят измерения, если она вне диапазона, указанного в 7.1. Примечание 1 - Сравнение чисел твердости HV возможно только для измерений с одной и той же нагрузкой. Примечание 2 - Не существует метода точного перевода чисел твердости из одной шкалы Виккерса в другую. Следовательно, такого перевода следует избегать, если нет надежной базы для перевода, полученной сравнительными измерениями. Примечание 3 - Следует заметить, что для анизатропных материалов, полученных холодным прокатом, возможна значительная разница между длинами двух диагоналей отпечатка. В этом случае, по возможности, внедрение наконечника должно быть проведено так, чтобы диагонали составляли около 45° C направлением проката. Технические условия на продукцию должны содержать ограничения на разницу между длиной диагоналей. Приложение А (обязательное) Минимальная толщина объектов измерений в зависимости от их твердости и величины нагрузки Ось X - толщина испытуемого образца, мм; ось Y - твердость HV Рисунок А.1 - Минимальная толщина испытуемых образцов в зависимости от испытательной нагрузки и твердости (для шкал от HV 0,2 до HV 100) 1 - число твердости HV ; 2 - минимальная толщина образца t , мм; 3 - длина диагонали отпечатка d , мм; 4 - обозначение шкалы твердости HV ; F , Н Рисунок А.2 - Номограмма для определения характеристик измерения твердости по Виккерсу по минимальной толщине образцов (для шкал от HV 0,01 до HV 100) Приложение В (обязательное) Таблица поправочных коэффициентов для измерения на криволинейных поверхностях В.1 Сферические поверхности В таблицах В.1 и В.2 даны поправочные коэффициенты, когда измерения твердости выполняют на сферических поверхностях. D сферического образца, на котором выполняют измерения. Пример: Диаметр сферического образца D -10 мм. F = 98,07 Н. d = 0,150 мм. Твердость по Виккерсу - Поправочный коэффициент получаем из таблицы В.1 интерполяцией = 0,983. Твердость сферического образца -824 ´ 0,983 = 810 HV 10. Таблица В.1 - Выпуклые сферические поверхности d / D Поправочный коэффициент d / D Поправочный коэффициент 0,004 0,995 0,086 0,920 0,009 0,990 0,093 0,915 0,013 0,985 0,100 0,910 0,018 0,980 0,107 0,905 0,023 0,975 0,114 0,900 0,028 0,970 0,122 0,895 0,033 0,965 0,130 0,890 0,038 0,960 0,139 0,885 0,043 0,955 0,147 0,880 0,049 0,950 0,156 0,875 0,055 0,945 0,165 0,870 0,061 0,940 0,175 0,865 0,067 0,935 0,185 0,860 0,073 0,930 0,195 0,855 0,079 0,925 0,206 0,850 Таблица В.2 - Вогнутые сферические поверхности d / D Поправочный коэффициент d / D Поправочный коэффициент 0,004 1,005 0,038 1,050 0,008 1,010 0,041 1,055 0,012 1,015 0,045 1,060 0,016 1,020 0,048 1,065 0,020 1,025 0,051 1,070 0,024 1,030 0,054 1,075 0,028 1,035 0,057 1,080 0,031 1,040 0,060 1,085 0,035 1,045 0,063 1,090 Окончание таблицы В.2 d / D Поправочный коэффициент d / D Поправочный коэффициент 0,066 1,095 0,082 1,125 0,069 1,100 0,084 1,130 0,071 1,105 0,087 1,135 0,074 1,110 0,089 1,140 0,077 1,115 0,091 1,145 0,079 1,120 0,094 1,150 В.2 Цилиндрические поверхности В таблицах В.3 - В.6 даны поправочные коэффициенты, когда измерения твердости выполняют на цилиндрических поверхностях. Поправочные коэффициенты приводят для отношения средней длины диагоналей отпечатка к диаметру D цилиндрического образца, на котором выполняют измерения. Пример: Цилиндрический образец, одна из диагоналей отпечатка параллельна оси цилиндра D = 5 мм. Средняя длина диагоналей отпечатка d = 0,415 мм. F = 294,2 Н. Твердость по Виккерсу = Поправочный коэффициент получаем из таблицы В.6 = 1,075. Твердость цилиндрического образца = 323 × 1,075= 347 HV 30. Таблица В.3 - Выпуклые цилиндрические поверхности. Диагонали развернуты на 45° относительно оси цилиндра d / D Поправочный коэффициент d / D Поправочный коэффициент 0,009 0,995 0,119 0,935 0,017 0,990 0,129 0,930 0,026 0,985 0,139 0,925 0,035 0,980 0,149 0,920 0,044 0,975 0,159 0,915 0,053 0,970 0,169 0,910 0,062 0,965 0,179 0,905 0,071 0,960 0,189 0,900 0,081 0,955 0,200 0,895 0,090 0,950 0,100 0,945 0,109 0,940 Таблица В.4 - Вогнутые цилиндрические поверхности. Диагонали развернуты на 45° относительно оси цилиндра d / D Поправочный коэффициент d / D Поправочный коэффициент 0,009 1,005 0,082 1,050 0,017 1,010 0,089 1,055 0,025 1,015 0,097 1,060 0,034 1,020 0,104 1,065 0,042 1,025 0,112 1,070 0,050 1,030 0,119 1,075 0,058 1,035 0,127 1,080 0,066 1,040 0,134 1,085 0,074 1,045 0,141 1,090 Окончание таблицы В.4 d / D Поправочный коэффициент d / D Поправочный коэффициент 0,148 1,095 0,189 1,125 0,155 1,100 0,196 1,130 0,162 1,105 0,203 1,135 0,169 1,110 0,209 1,140 0,176 1,115 0,216 1,145 0,183 1,120 0,222 1,150 Таблица В.5 - Выпуклые цилиндрические поверхности. Одна из диагоналей параллельна оси цилиндра d / D Поправочный коэффициент d / D Поправочный коэффициент 0,009 0,995 0,085 0,965 0,019 0,990 0,104 0,960 0,029 0,985 0,126 0,955 0,041 0,980 0,153 0,950 0,054 0,975 0,189 0,945 0,068 0,970 0,243 0,940 Таблица В.6 - Вогнутые цилиндрические поверхности. Одна из диагоналей параллельна оси цилиндра d / D Поправочный коэффициент d / D Поправочный коэффициент 0,008 1,005 0,087 1,080 0,016 1,010 0,090 1,085 0,023 1,015 0,093 1,090 0,030 1,020 0,097 1,095 0,036 1,025 0,100 1,100 0,042 1,030 0,103 1,105 0,048 1,035 0,105 1,110 0,053 1,040 0,108 1,115 0,058 1,045 0,111 1,120 0,063 1,050 0,113 1,125 0,067 1,055 0,116 1,130 0,071 1,060 0,118 1,135 0,076 1,065 0,120 1,140 0,079 1,070 0,123 1,145 0,083 1,075 0,125 1,150 Приложение С (справочное) Процедура периодического контроля твердомера в эксплуатации Контроль твердомера следует проводить каждый день, когда он используется. Контролировать следует каждый уровень твердости и каждый диапазон или шкалу, на которых проводят измерения твердости. Прежде чем провести контроль, твердомер должен быть поверен по мерам твердости (для каждого диапазона/шкалы и уровня твердости). Для этого следует нанести опорные отпечатки на эталонную меру твердости, калиброванную (поверенную) в соответствии с ИСО 6507-3. Результат измерений должен соответствовать значению, присвоенному мере при калибровке (поверке) с предельно допускаемой погрешностью по ИСО 6507-2, таблица 3. Если твердомер не удовлетворяет этим требованиям, должны быть предприняты действия для устранения несоответствия. При проведении контроля следует сделать как минимум один отпечаток на эталонную меру твердости, откалиброванную в соответствии с ИСО 6507-3. Твердомер считают готовым к измерениям, если различие между средним значением (медианой) и числом твердости, присвоенным мере при калибровке (поверке), удовлетворяет предельно допустимой погрешности по ИСО 6507-2, таблица 5. Если не удовлетворяет, то необходимо провести калибровку твердомера по мерам твердости. Эти результаты следует фиксировать в течение длительного периода времени для определения измерительных возможностей твердомера и отслеживания дрейфа настроек твердомера. Приложение D (справочное) Неопределенность измерения твердости по Виккерсу D .1 Общие требования Косвенный метод вычисления неопределенности, о котором идет речь в настоящем приложении, касается неопределенности результата измерений твердости, связанной с измерительными возможностями твердомеров при калибровке эталонных мер твердости (CRM ). Вычисленная по этому методу неопределенность отражает совокупный эффект от всех источников неопределенности. Косвенный метод не заменяет прямого метода оценки вклада отдельных источников неопределенности в суммарную неопределенность измерения твердости для твердомера. Косвенный метод рекомендуется для контроля твердомеров в период между поверками. D .2 Алгоритм вычисления неопределенности Алгоритм, предназначенный для вычисления неопределенности u l косвенным методом, приводится в таблице D .1. Расширенную неопределенность U получают умножением u l на коэффициент расширения k = 2. Таблица D .1 содержит всю необходимую для расчета информацию. D .3 Отклонение твердомера на основе измерений по эталонной мере твердости Отклонение b твердомера (которое часто именуют ошибкой) получают путем вычитания: - среднего значения результатов измерений пяти отпечатков в процессе испытания твердомера по эталон ной мере твердости; - значения, присвоенного эталонной мере твердости при калибровке. На основе отклонения определяют поправку, которую вносят в результат измерения и которую учитывают при вычислении неопределенности. D .4 Алгоритмы вычисления неопределенности D .4.1 Процедура без использования статистики измерений по эталонной мере твердости (метод 1) Метод 1 (М1) - это упрощенный метод, который не используют при расчете неопределенности. В М1 ошибку определяют на основе допустимой погрешности твердомера относительно теоретической шкалы, которую используют для определения источника неопределенности u Е . При этом не предусматривается опре­деление поправки, которую следует вносить при измерениях. (D .1) При этом результат измерений следующий (D .2) D .4.2 Алгоритм, базирующийся на статистике измерений по эталонной мере твердости (метод 2) В отличие от метода 1 (М1) использование метода 2 (М2) приводит к меньшим значениям неопределенности. Ошибка (отклонение) b (таблица D .1, этап 10) предположительно носит систематический характер. В рекомендовано вносить поправки в результат измерений для коррекции систематической ошибки. В М2 предполагается, что поправки определены, и тогда при вычислении неопределенности, если поправки включены в результат измерений, систематическую ошибку считают равной 0 либо U согг увеличивают на b . Алгоритм вычисления U corr объясняется в таблице D .1, а также см. , . (D .3) При этом результат измерения определяют в следующем виде (D .4) или (D .5) В зависимости оттого, включают ли отклонение (ошибку) в качестве поправки шкалы твердомера, используют одно или другое выражение для представления результата измерения.

Поверхность образца должна быть плоской и очищенной от окалины и других посторонних веществ;

Диаметры отпечатков должны находиться в пределах 0,2D£d£0,6D;

Образцы должны иметь толщину не менее 10 – кратной глубины отпечатка (или менее диаметра шарика);

Расстояние между центрами соседних отпечатков и между центром отпечатка и краем образца должны быть не менее 4d.

Определение твердости HB производится на прессе Бринелля (твердомер типа ТШ) в следующем порядке. Испытываемый образец (деталь) устанавливают на столике 1 (Рис. 2) шлифованной поверхностью кверху. Поворотом маховика 2 по часовой стрелке столик прибора поднимают так, чтобы шарик 4 мог вдавиться в испытываемую поверхность. Маховик 2 вращают до упора, и нажатием кнопки включают электродвигатель 6. Двигатель перемещает коромысло и постепенно нагружает шток с закрепленным в нем шариком. Шарик под действием нагрузки 3, сообщаемой приведенным к коромыслу грузом, вдавливается в испытываемый материал. Нагрузка действует в течение определенного времени (10 … 60 с), задаваемого реле времени, после чего вал двигателя, вращаясь в обратную сторону, соответственно перемещает коромысло и снимает нагрузку. После автоматического выключения двигателя, поворачивая маховик 2 против часовой стрелки, опускают столик прибора и снимают образец.

Диаметр отпечатка измеряют при помощи отсчетного микроскопа (лупы Бринелля), на окуляре которого имеется шкала с делениями, соответствующими десятым долям миллиметра. Измерение проводят с точностью до 0,05 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях; для определения твердости следует принимать среднюю из полученных величин.

Измерение твердости по ВиккерсУ

При испытании на твердость по методу Виккерса в поверхность материала вдавливается алмазная четырехгранная пирамида с углом при вершине a=136 0 (Рис. 1.1). После снятия нагрузки вдавливания измеряется диагональ отпечатка d 1 . 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/мм 2) не ставится. Продолжительность выдержки индентора под нагрузкой принимают для сталей 10 – 15 с, а для цветных металлов – 30 с.

Например, 450 HV 10/15 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

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). 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 120 0 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.

Список используемой литературы

1. Геллер Ю.А. Рахштадт А.Г. Материаловедение. Методы анализа, лабораторные работы и задачи. М.: Металлургия, 1984г.

2. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. М.Л Бернштейн, А.Г. Рахштадт М.: Металлургия, 1983г.