Диагоналей отпечатков

Твердость по Виккерсу HV, (МПа) определяют по формуле HV = = 1,854 (Pld1) 10'6, где Р — нагрузка на пирамиду, Н; d — среднее арифметическое значение длин обеих диагоналей отпечатка, измеряемых после снятия нагрузки, м.

ВЙККЕРСА МЕТОД [по назв. англ. военно-промышленного концерна «BnKKepc»(Vickers Limited)]— определение твёрдости материала вдавливанием в поверхность образца или изделия алмазного ин-дентора (наконечника), имеющего форму правильной четырёхгранной пирамиды с двугранным углом, равным 136°, при вершине. Число твёрдости по Вик-керсу HV — отношение нагрузки на индентор к пл. пирамидальной поверхности отпечатка. Вдавливающая нагрузка выбирается в зависимости от твёрдости и толщины испытываемого образца или изделия (50; 100; 200; 300; 500; 1000 Н). Тв. по Виккерсу определяется твердомерами, позволяющими проводить испытания в стационарных условиях и измерять каждую из 2 диагоналей отпечатка (с погрешностью до 1 мкм).

где Р — нагрузка на образец, передаваемая через пирамидальный индентор, Н; F — площадь поверхности пирамидального отпечатка, м2; 2у — угол между противоположными гранями пирамиды (136°); b — среднее арифметическое длин двух диагоналей отпечатка, м.

При вдавливании пирамиды материал образца выпучивается вверх, вдоль граней пирамиды. Максимальное выпучивание имеет место вблизи середины сторон отпечатка. В отличие от метода вдавливания шарика, когда выпучивание увеличивает диаметр отпечатка и потому в некоторой степени учитывается при обычном расчете твердости, при определении твердости вдавливанием пирамиды размеры диагоналей отпечатка практически не изменяются и, следовательно, существующие методы расчета твердости по Виккерсу и Мейеру выпучивание совершенно не учитывают. Расчет показывает, что твердость по Мейеру, вычисленная с помощью формулы (II.7) при учете влияния выпучивания, с точностью 6% равна значению твердости по Виккерсу (II.6)S т. е.

На рис. 1, а показано влияние времени нагружения на размеры диагоналей отпечатка индентора для исследованных сталей.

Промышленностью выпускается мало аппаратуры для измерения твердости нагретых образцов [36, с. 370]. В Японии, например, фирма «Нип-пон Когаку К- К.» изготавливает твердомер «Никон», с помощью которого можно исследовать различные материалы в вакууме или в инертных средах (аргоне, гелии, азоте), измеряя под микроскопом диагонали отпечатков алмазного или сапфирового индентора Виккерса непосредственно после их нанесения на нагретый образец. Микроскоп снабжен объективом с рабочим расстоянием 18 мм и апертурой 0,3. Оптическая система микроскопа обеспечивает увеличение при визуальном наблюдении поверхности образца в 100 раз и при измерении диагоналей отпечатка в 300 раз. Диаметр поля зрения в первом случае составляет 1,6 мм, во втором 0,53 мм.

где d—среднее арифметическое диагоналей отпечатка (в мм). Число твердости имеет размерность (кг/мм2) и представляет собой среднее уд. давление на поверхность контакта между пирамидой и изделием при нанесении отпечатка. В отличие от твердости по Бринеллю, число Т. по В. не зависит от нагрузки при вдавливании, т. к, пирамидальные отпечатки геометрически подобны. Для материалов средней твердости, приблизительно до 400 по HV (или НВ), числа Т. по В. и Бринеллю приблизительно равны, что обусловлено надлежащим выбором величины двугранного угла а при вершине пирамиды.

передачи испытательных нагрузок на испытуемый образец; отсчетно-проек-ционной 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; механизма подъема предметного стола; электрооборудования.

определяют путем измерения длины диагоналей отпечатка от вдавливания четырехгранной алмазной пирамиды и пересчета по

длины диагоналей отпечатка от вдавливания четырехгранной алмазной пира-

где d — среднеарифметическое диагоналей отпечатка.

Предельные относительные ошибки определения микротвердости карбидов и тугоплавких металлов составили соответственно ±6 и ±3,5%. Математическая оценка на основе выражения Стьюдента, дающего распределение средних значений при малом числе измерений, показывает, что при 10 отпечатках доверительный интервал определения микротвердости с вероятностью 0,95, например, для карбидов при твердости 2 • 1010 Н/ма составляет ± 9 • 108 Н/м2, а для металлов при твердости 3 • 109 Н/м2— ± 9 • 107 Н/м2. Измерение диагоналей отпечатков микротвердости после проведения испытаний дает значительно меньшую погрешность, чем непосредственно в процессе эксперимента с помощью микроскопа МВТ и длиннофокусного объектива МИМ-13СО [1793.

Специальные эксперименты показали, что включение насосов установки и более удаленных машин существенного влияния на величину микротвердости не оказывают. Средний размер диагоналей отпечатков, нанесенных на свежий скол каменной соли, колеблется в пределах 0,15%, что вполне допустимо.

Среднеквадратичные отклонения размеров диагоналей отпечатков при измерении твердости от усредненных данных для образцов в точках, одинаково удаленных от оси заготовок

Рис. 1. Зависимость размера диагоналей отпечатков индентора от продолжительности нагружения (а) и выраженная в логарифмических координатах (б)

где а и Ъ — параметры, зависящие от природы металла и температуры; d — средний размер диагоналей отпечатков индентора, мкм; т — продолжительность нагружения, мин.

Микротвердость образца можно измерять как в процессе испытания, так и после проведения опыта, определяя размеры диагоналей отпечатков с помощью прибора ПМТ-3, а также на негативах или фотографиях образца, рассматриваемых в инструментальном микроскопе. Для испытаний в установке ИМАШ-9-66 используют образцы, форма и размеры которых показаны на рис. 58. На одной из поверхностей образца приготовляют металлографический шлиф, а затем на приборе типа ПМТ-3 размечают рабочий участок, нанося контрольные отпечатки алмазной пирамиды, например, по схеме, приведенной на рис. 58, б. Эти отпечатки являются ориентирами для вдавливания индентора при измерении микротвердости локальных участков образца, наблюдении и фотографировании микроструктуры одной и той же зоны на поверхности образца во время опыта, а также используются для определения удлинения образца на выбранной базе измерения. В отдельных случаях, в частности при исследовании крупнозернистых материалов, применяют образцы сечением, например, 5x3 или 6X2 мм.

Учитывая быстродействие количественного телевизионного микроскопа при измерении диагоналей отпечатков индентора, повышенную точность измерений и сходимость результатов при повторных измерениях, можно сделать вывод о неоспоримых преимуществах метода автоматизированной оценки диагонали отпечатков индентора [76].

На рис. 4.31 представлены кривые функции плотности вероятности распределения размеров диагоналей отпечатков алмазной пирамиды, изменение среднего квадратического отклонения S и коэффициент вариации v в зависимости от уровня нагрузки на ин-

Рис. 4.31. Изменение параметров нормального закона распределения величин диагоналей отпечатков индентора

>б) кривые накопленной вероятности для величин диагоналей отпечатков

дентор и размера диагонали, а также даны вероятностные кривые-распределения размеров диагоналей отпечатков. Видно, что с ростом нагрузки рассеяние увеличивается, наиболее интенсивно — при нагрузках от 50 до 100 г, при дальнейшем увеличении нагрузки свыше 100 г рост среднего квадратичного отклонения носит затухающий характер, стремясь к некоторому постоянному значению. Коэффициент вариации для полуциклов растяжений и сжатия (соответственно светлые и темные точки на рис. 4.31, а} уменьшается с ростом нагрузки по сравнению с рассеянием пра минимальной нагрузке на индентор, составляющий 10 г, и, так же как среднее квадратичное отклонение, стремится к некоторому предельному значению. Некоторое возрастание коэффициента вариации наблюдается при наиболее сильном росте среднего квадратичного отклонения в указанном выше диапазоне нагрузок на индентор. При этом наклон вероятностных кривых (рис. 4.31, б) с ростом нагрузок на индентор, так же как и наклон вероятностных кривых распределения для местных деформаций с ростом их средних значений (рис. 4.29, б и 4.30, б), увеличивается. Однака это увеличение для выбранных уровней нагрузок меньше, чем для местных деформаций, и предельные значения коэффициентов вариации v приблизительно в 4 раза меньше, чем для коэффициентов вариации, определенных для местных циклических и односторонне накопленных деформаций. Причем увеличение наклона вероятностных кривых распределения размеров диагоналей с увеличением нагрузки на индентор носят затухающий характер (рис. 4.31, б).