Метод измерения твёрдости вдавливанием алмазной пирамиды

(твёрдость по Виккерсу и микротвёрдость)

По этому способу в металл вдавливается четырехгранная алмазная пирамида с углом в вершине 136° и твёрдость характеризует площадь получаемого отпечатка. При вдавливании пирамиды соотношение между диагоналями получающегося отпечатка при изменении нагрузки остается постоянным, что позволяет в широких пределах в зависимости от целей исследования увеличивать или уменьшать нагрузку.

При измерениях используют различные по форме и размерам алмазные наконечники (рис. 2.4). Наиболее распространён наконечник в виде четырёхгранной пирамиды с квадратным основанием (пирамида Виккерса). Наконечник в форме трёхгранной пирамиды применяют для заведомо твёрдых материалов (НV > 1000 МПа). Это обусловлено тем, что по сравне­нию с равновеликой (по боковой поверхности и четырёхгранной пирамидой трёхгранная имеет более совершенное заострение. Покрытия малой толщины и низкой твёрдости испытывают наконечником с формой рабочей части в виде четырехгранной пирамиды с ромбическим основанием.

Рис. 2.4. Формы алмазных наконечников:

а – четырёхгранная пирамида с квадратным основанием (пирамида Виккерса); б –трёхгранная пирамида с основанием в виде равностороннего треугольника- в –четырёхгранная пирамида с ромбическим основанием; г – бицилиндрический наконечник

Твёрдость по ВиккерсуHV, так же как и по Бринеллю, определяется как усилие, приходящееся на единицу поверхности отпечатка:

(кгс/мм²) (2.7)

где Р – нагрузка на пирамиду, кгс; a– угол между противоположными гранями пирамиды (136°); d– среднее арифметическое длины обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм.

Числа твёрдости по Виккерсу и по Бринеллю имеют одинаковую размерность и для материалов твёрдостью до НВ 450 практически совпадают. При более высоких значениях твёрдости измерения пирамидой дают более точные значения, чем измерения шариком или конусом. Алмазная пирамида имеет большой угол в вершине (136°) и диагональ её отпечатка примерно в семь раз больше глубины отпечатка, что повышает точность измерения отпечатка даже при проникновении пирамиды на небольшую глубину и делает этот способ особенно пригодным для определения твёрдости тонких или твердых сплавов.

При испытании твёрдых и хрупких слоев (азотированного, цианированного) около углов отпечатка иногда образуются трещины (отколы), по виду которых можно судить о хрупкости измеряемого слоя.

Для изучения свойств и превращений в сплавах необходимо не только знать «усредненную» твёрдость, представляющую твёрдость в результате суммарного влияния присутствующих в сплаве фаз и структурных составляющих, но и определять твёрдость отдельных фаз и структур сплава. Микротвёрдость определяют вдавливанием алмазной пирамидки.