Испытание на твердость по Виккерсу
Тест на твердость по Виккерсу был разработан в 1921 году Робертом Л. Смитом и Джорджем Э. Сандландом из Vickers Ltd в качестве альтернативы методу Бринелля для измерения твердости материалов. [1] Тест Виккерса часто проще в использовании, чем другие тесты на твердость, поскольку требуемые расчеты не зависят от размера индентора, а индентор можно использовать для всех материалов независимо от твердости. Основной принцип, как и для всех обычных мер твердости, заключается в наблюдении за способностью материала сопротивляться пластической деформации из стандартного источника. Тест Виккерса можно использовать для всех металлов .и имеет одну из самых широких шкал среди тестов на твердость. Единица твердости, определяемая тестом, известна как число пирамиды Виккерса ( HV ) или твердость алмазной пирамиды ( DPH ). Показатель жесткости можно преобразовать в единицы паскалей , но не следует путать с давлением, в котором используются те же единицы измерения. Число твердости определяется нагрузкой на площадь поверхности вмятины, а не на площадь, перпендикулярную силе, и, следовательно, не является давлением.
Было решено, что форма индентора должна быть способна производить геометрически одинаковые отпечатки независимо от размера; оттиск должен иметь четко определенные точки измерения; а индентор должен обладать высокой устойчивостью к самодеформированию. Этим условиям удовлетворял бриллиант в форме пирамиды с квадратным основанием . Было установлено, что идеальный размер оттиска Бринелля составляет 3/8 диаметра шарика . Так как две касательные к окружности на концах хорды длиной 3d /8 пересекаются под углом 136°, было решено использовать этот угол между плоскими гранями наконечника индентора. Это дает угол от нормали каждой граник горизонтальной плоскости под углом 22° с каждой стороны. Экспериментально угол варьировался, и было установлено, что значение твердости, полученное на однородном куске материала, остается постоянным независимо от нагрузки. [2] Соответственно, к плоской поверхности прикладывают нагрузки различной величины в зависимости от твердости измеряемого материала. Затем число HV определяется отношением F/A , где F — сила, приложенная к алмазу, в килограммах силы, а A — площадь поверхности образовавшейся вмятины в квадратных миллиметрах. А можно определить по формуле.
Тогда соответствующей единицей HV является килограмм-сила на квадратный миллиметр (кгс/мм²) или число HV. В приведенном выше уравнении F может быть в Н, а d в мм, что дает HV в единице СИ в МПа. Чтобы рассчитать число твердости по Виккерсу (VHN) с использованием единиц СИ, необходимо преобразовать приложенную силу из ньютонов в килограмм-силу путем деления на 9,806 65 ( стандартная сила тяжести ). Это приводит к следующему уравнению: [4]
где F в Н и d в миллиметрах. Распространенной ошибкой является то, что приведенная выше формула для расчета числа HV не приводит к числу с единицей измерения Ньютон на квадратный миллиметр (Н/мм²), а приводит непосредственно к числу твердости по Виккерсу (обычно указывается без единиц измерения), которое находится в фактически один килограмм-сила на квадратный миллиметр (1 кгс/мм²).
Числа твердости по Виккерсу указываются как xxxHVyy , например , 440HV30 , или xxxHVyy/zz , если длительность приложения силы отличается от 10 до 15 с, например 440HV30/20, где:
При проведении испытаний на твердость необходимо учитывать минимальное расстояние между отпечатками и расстояние от отпечатка до края образца, чтобы избежать взаимодействия между наклепанными участками и влияния края. Эти минимальные расстояния различаются для стандартов ISO 6507-1 и ASTM E384.
