Схема испытания и величина твердости по Виккерсу

Испытание на твердость по Виккерсу проводят вдавливанием в испытываемый образец четырехгран­ной алмазной пирамиды с углом при вершине 136° (рис.9). Твер­дость по Виккерсу определяется, так же, как и твердость по Бринеллю, отношением нагрузки Р (Н), к поверхности полученного отпечатка F (мм²). Величина твердости харак­теризуется символом HV:

 

где a - угол между противополож­ными гранями пирамиды при вер­шине, равный 136°; d — среднее арифметическое длины обеих диаго­налей опечатка после снятия на­грузки в мм.

При испытании применяют нагрузки, равные 50, 100, 200, 300, 500, 1000 Н. Возможность применения малых нагрузок 50, 100 Н позволяет определять твер­дость деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев (например, цементованных, цианированных, азо­тированных и др.).

Числа твердости по Виккерсу и по Бринеллю имеют одинаковую размерность (МПа) и для материалов твердостью до НВ 4500 практически совпадают. Вместе с тем, измерения пирамидой дают более точные значе­ния для материалов с высокой твердостью, чем измере­ния шариком или конусом. Алмазная пирамида имеет большой угол в вершине и диагональ ее отпечатка при­мерно в 7 раз больше глубины отпечатка, что повышает точность измерения отпечатка даже при проникновения пирамиды на небольшую глубину.

Прибор для испытания твердости по Виккерса.

Основной частью прибора (рис.10) является пово­ротная головка 2, в которой смонтирована оправка с алмазной пирамидой 7, закрытой чехлом 8, специаль­ный измерительный микроскоп 10 для измерения дли­ны диагонали отпечатка и рабочий шпиндель 9.

При повороте рукояткой 1 головки 2 в крайнее левое положение прибор приводится в рабочее состоя­ние, при котором ось рабочего шпинделя 9 совмещает­ся с осью промежуточного шпинделя 14. При повороте рукояткой 1 головки 2 в крайнее правое положение прибор приводится в положение, при котором оптиче­ская ось микроскопа 10 совмещается с центром отпечат­ка. При установке прибора в рабочее положение пру­жина 13 соединяет промежуточный шпиндель 14 с призмой 12 грузового рычага 15. На подвеске 16 гру­зового рычага 15 устанавливают сменные грузы 17.

Столик 3 служит для установки на нем испытывае­мого образца 6. При вращении по часовой стрелке маховика 4 приводится во вращение винт 5, который, перемещаясь вверх, поднимает столик 3, и образец 6 прижимается к чехлу 8. В правой части прибора имеет­ся грузовой привод с масляным амортизатором 22, при помощи которого приложение нагрузки, выдержка под нагрузкой и снятие нагрузки осуществляются механически за счет энергии опускающегося груза 19. В связи с этим, до прижима образца 6 к чехлу 8 грузовой привод должен быть взведен, что осуществляется нажимом рукоятки 30. При этом подъемный шток 18 удерживается во взведенном положении рычагом 27, жестко связанным с рукояткой 30 взвода, а рычаг 28 запирает всю систему привода во взведенном поло­жении.

Привод включают нажимом на педаль 29 пускового механизма. При этом приводится в движение рычаг 28 и под действием груза 19 опускается втулка 23, опи­рающийся на нее подъемный шток 18 и поршень 21 масляного амортизатора 22. Одновременно опускается грузовой рычаг 15, который опирается на шток 18, при этом алмазная пирамида 7 вдавливается в поверхность образца 6. При опускании втулки 23, шарнирно свя­занной с рычагом 24, соединенным с тягой 25, проис­ходит подъем рычага 26 навстречу штоку 18. Когда шток 18 опустится приблизительно на 16 мм, его нижний конец встречается с рычагом 26. При дальнейшем опускании втулки 23 продолжается подъем рычага 26, при этом поднимается шток 18 и грузовой рычаг 15. К концу хода поршня 21 масляного амортизатора 22 шток 18 придет в начальное положение и снимает на­грузку.

Продолжительность выдержки образца под нагруз­кой регистрируется сигнальной лампочкой 11. В мо­мент приложения нагрузки сигнальная лампочка зажигается, и гаснет, когда нагрузка снята. Продол­жительность выдержки образца под нагрузкой может быть от 10 до 60 с, что достигается изменением ско­рости опускания штока амортизатора регулятором 20.

Выбор нагрузки. Нагрузку выбирают в зависимости от толщины испытываемого слоя металла, которая должна быть, по крайней мере, в 1,5 раза больше диагонали отпечатка.

 

50 100 200 400 50

 

Рис.10. Кинематическая схема прибора Виккерса.

На обратной стороне образца после его испытания не должно обнаруживаться место, где прилагалась нагрузка. Отношение глубины отпечатка к величине его диагонали равно приблизительно 1:7.

При испытании цементованных или других тонких слоев металла нагрузка должна быть тем меньше,чем тоньше слой. Если толщина испытываемого слоя неиз­вестна, рекомендуется произвести несколько испытаний при различных нагрузках (например, при 100, 200 и 500 Н). Если основная масса (сердцевина) образца не влияет на результаты измерений, то числа твердости совпадут или будут близки друг к другу. Если числа твердости при возрастании нагрузки будут уменьшаться, необходимо применять меньшие нагрузки – до тех пор, пока все смежные нагрузки не дадут совпа­дающих или близких друг к другу результатов. Тол­щину или обработку образца записать в графу 2, на нагрузку – в графу 3 протокола испытания.

Подготовка образцов для испытания. Поверхность образца должна быть плоской, гладкой и чистой; с поверхности должна быть удалена окалина, обезуглероженный слой и т.п. При подготовке поверхности образец подвергают обработке на наждачном круге и шлифовальной шкурке.

Контроль прибора. Перед испытанием на твердость по Виккерсу необходимо проконтролировать точность показаний прибора при помощи контрольных брусков, твердость которых заранее известна. При проверке показания прибора должны находиться в пределах чисел твердости, обозначенных на контрольных брусках. Если твердость по прибору не соответствует твердости контрольных брусков, то к показаниям прибора при испытании деталей вводится соответствующая поправка.

Порядок проведения контроля аналогичен порядку проведения испытания (см. далее).