Твердость по виккерсу формула

Какие методы существуют для определения твердости?

Для определения твердости образцов существуют различные методы, такие как статический и динамический (ударный) и ультразвуковой.

Динамические и ультразвуковые методы не требуют определения твердости вручную. Твердость отображается на экране.

Для методов по Бринеллю, Виккерсу и Микро-Виккерсу существуют эмпирические таблицы и формулы для расчета твердости.

Для метода по Роквеллу существует формула для измерения глубины отпечатка.

По методу Шора измеряется глубина вдавливания индентора в поверхность исследуемого образца под действием тарированной пружины.

Как измеряют твердость методом Бринелля?

Измерение твердости по Бринеллю происходит путем внедрения с определенной нагрузкой закаленного стального шарика (диаметром 2,5 мм; 5 мм или 10 мм) в поверхность испытуемого образца. В результате на поверхности образца получается отпечаток. С помощью лупы измеряют диаметр отпечатка.

Измерение твердости по Бринеллю происходит путем внедрения с определенной нагрузкой закаленного стального шарика (диаметром 2,5 мм; 5 мм или 10 мм) в поверхность испытуемого образца. В результате на поверхности образца получается отпечаток. С помощью лупы измеряют диаметр отпечатка.

Формула твердости по Бринеллю.

Формула расчета твердости методом Бринелля (HB, HBW):

• где НВ – при использовании стального шарика для металлов с твердостью менее 450 единиц; (HBW – при использовании шарика из твердого сплава с твердостью более 450 единиц), кгс;
• F – нагрузка, действующего на индентор, Н (кгс);
• А – площадь поверхности отпечатка, мм 2 ;
• D – диаметр стального шарика, мм;
• d – диаметр отпечатка, мм.

Нагрузку на шарик выбирают в зависимости от вида материала К и должна быть пропорциональна квадрату диаметра шарика:

Соответствующую нагрузку F и диаметр шарика D выбирают таким образом, чтобы диаметр отпечатка находился в пределах:

Толщина образца должна, как минимум в 8 раз превышала глубину внедрения индентора.

Как измеряют твердость методом Роквелла?

Измерение твердости по Роквеллу основан на погружение алмазного наконечника (120 градусов) или стального закаленного шарика (диаметром 1,588 мм) с последующим измерением глубины отпечатка.

Формула твердости по Роквеллу

Формула расчета твердости по Роквеллу (HR):

• при измерении твердости алмазным наконечником (120 градусов) применяют формулу:

где H-h-разность глубин внедрения индентора (в мм) после снятия основной нагрузки и до ее приложения.

• при измерении твердости закаленным стальным шаровым индентором (диаметром 1,588 мм):

Как измеряют твердость методом Виккерса?

Измерение твердости по Виккерсу происходит путем плавного внедрения четырехгранной алмазной пирамиды (с противоположным углом 136 градусов) в исследуемую поверхность образца, с дальнейшим измерением диагонали отпечатка d и расчета твердости исследуемого образца по таблицам (подробнее в ГОСТ 2999-75).

Формула твердости по Виккерсу.

Формула расчета твердости по Виккерсу (HV):

• где F – испытательная нагрузка, действующее на индентор, кгс;
• М – площадь поверхности отпечатка, мм 2 ;
• a – наклон алмазного наконечника пирамидной формы;
• d – средняя длина диагонали отпечатка, мм.

Твердость по Виккерсу определяется по результатам измерения диагоналей отпечатка, получающегося в испытываемой поверхности при вдавливании алмазной четырехгранной пирамиды с углом при вершине α = 136º (см. рис.3).

Рис.3. Схема определения твердости металла по методу Виккерса:

После снятия нагрузки вдавливания измеряются диагонали отпечатка d₁ и d₂. Число твердости по Виккерсу представляет собой нагрузку, приходящуюся на единицу поверхности пирамидального отпечатка.

HV,

где HV ‑ твёрдость по Виккерсу, Р ‑ нагрузка; ,d₁ и d₂ ‑ диагонали отпечатка, мм. Обычно значение Р принимают в пределах 50. 1000 Н (5. 100 кгс). Значения диагоналей измеряют на микроскопе. Основными параметрами для определения твёрдости по Виккерсу являются: нагрузка – 30 кгс, время выдержки для сталей – 10. 15 с, размерность числа твердости (кгс/мм 2 ) не ставится. Например, 420 HV означает твёрдость, полученную при этих параметрах. Если параметры отличаются от основных (для цветных металлов продолжительность выдержки индентора под нагрузкой принимают 30 с) то записываются, например, 450 HV10/15 – означает, что число твердости по Виккерсу 450 получено при нагрузке 10 кгс (98,1 Н), приложенной к алмазной пирамиде в течение 15 с.

Условия проведения измерений. Поверхность образца для испытаний должна иметь шероховатость Ra 2 . Например, 582 Н/мм 2 , что соответствует 59,3 кгс/мм 2 . Алмазный наконечник может иметь форму четырехгранной, ромбической или трехгранной пирамиды или иметь бицилиндрическую форму. В обозначениях твёрдости форма наконечника указывается в виде индекса к букве Н, например, Н_□, Н_◊, Н_∆. Величина твердости записывается в следующем виде: H_□=582.

Этим методом измеряют микротвердость отдельных структурных составляющих и фаз сплавов, изменение твёрдости по глубине поверхностного слоя и др.

Оборудование и инструмент

Пресс для определения твердости по Бринеллю, прибор для определения твердости по Роквеллу, установка для определения твердости по Виккерсу, металлические образцы.

Порядок выполнения работы

1. Изучить методические указания.

2. Ознакомиться с приборами и методикой измерения.

3. Измерить твердость металлического образца методом Бринелля.

Определение твердости HB производится на прессе Бринелля (твердомер типа ТШ) в следующем порядке. Испытываемый образец (деталь) устанавливают на предметном столике шлифованной поверхностью вверх. Поворотом маховика столик прибора поднимают так, чтобы индентор (шарик) мог вдавиться в испытываемую поверхность. Маховик вращают до упора, и нажатием кнопки включают электродвигатель, который постепенно нагружает шток с закрепленным в нем индентором. Шарик под действием нагрузки вдавливается в испытываемый материал. Нагрузка действует в течение определенного времени (10…60 с), задаваемого реле времени. После этого поворотом маховика снимают нагрузку, 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.

4. Измерить твердость металлического образца методом Роквелла.

Твердость измеряют на приборе Роквелла, который имеет индикатор, шток с индентором, предметный столик, маховик и груз, определяющий величину нагружения. Индикатор 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. В штоке устанавливается наконечник с алмазным конусом или стальным шариком.

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 и после остановки стрелки считывают значение твердости по Роквеллу, представляющее собой цифру. Столик с образцом опускают посредством вращения маховика.

Твердость следует измерять не менее 3 раз на одном образце, усредняя полученные результаты.

5. Сравнить полученные значения твердости (см. табл.1), и записать соответствующую им твердость по Виккерсу.

6. Ознакомиться с методом измерения твердости металлов по Виккерсу.

Метод Виккерса — (является статичным) метод измерения твёрдости металлов и сплавов по Виккерсу. Регламентируется ГОСТ 2999-75 [1] и ISO 6507 [2] .

Сущность метода заключается во вдавливании в испытуемый материал правильной четырёхгранной алмазной пирамиды с углом 136° между противоположными гранями.

Твёрдость по Виккерсу вычисляется путём деления нагрузки Р на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка. Метод Виккерса позволяет определять твёрдость азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов. Наблюдается хорошее совпадение значений твёрдости по Виккерсу и Бринеллю в пределах от 100 до 450 НV. Основными параметрами при измерении твёрдости по Виккерсу являются нагрузка Р до 980,7 Н (100 кгс) и время выдержки 10—15 с.

Содержание

Обозначение твёрдости [ править | править код ]

В соответствии с ГОСТ 2999-75, твердость по Виккерсу при условиях испытания F=294,2 Н (30 кгс) и времени выдержки под нагрузкой 10-15 с — обозначается цифрами, характеризующими величину твердости, и буквами HV. При других условиях испытания после букв HV указывается нагрузка и время выдержки.

• 500 HV — твердость по Виккерсу, полученная при нагрузке F=30 кгс и времени выдержки 10-15 с;
• 220 HV 10/40 — твердость по Виккерсу, полученная при нагрузке 98,07 (10 кгс) и времени выдержки 40 с.