Гост металлы метод измерения твердости по виккерсу
Обновлено: 12.05.2024
ГОСТ 2999-75
(СТ СЭВ 470-77)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
Метод измерения твердости по Виккерсу
Metals and alloys. Vickers hardness test by diamond pyramid
Дата введения 1976-07-01*
______________________________
* Ограничение срока действия снято
по протоколу N 5-94 Межгосударственного Совета
по стандартизации, метрологии и сертификации
(ИУС N 2, 1993 год). - Примечание изготовителя базы данных.
УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 28 июля 1975 г. № 1956
Проверен в 1985 г. постановлением Госстандарта от 27.09.85 N 3118 срок действия продлен до 01.07.93
ПЕРЕИЗДАНИЕ (декабрь 1986 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в мае 1979 г., сентябре 1985 г. (ИУС 7-79, 12-85).
Настоящий стандарт устанавливает метод измерения твердости по Виккерсу черных и цветных металлов и сплавов при нагрузках от 9,807 Н (1 кгс) до 980,7 Н (100 кгс).
Измерение твердости основано на вдавливании алмазного наконечника в форме правильной четырехгранной пирамиды в образец (изделие) под действием нагрузки , приложенной в течение определенного времени, и измерении диагоналей отпечатка , , оставшихся на поверхности образца после снятия нагрузки.
Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 470-77 (справочное приложение 2).
(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
1. МЕТОДЫ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ
1.1. При изготовлении образца и при подготовке его поверхности необходимо принимать меры, предотвращающие возможность изменения свойств металла из-за нагрева или наклепа.
1.2. Минимальная толщина образца должна быть для стальных изделий больше диагонали отпечатка в 1,2 раза; для изделий из цветных металлов - в 1,5 раза.
Примечание. Минимальная толщина образца (изделия) для цветных металлов определяется по номограмме, приведенной в рекомендуемом приложении 3.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
1.3. При измерении твердости на криволинейных поверхностях радиус кривизны должен быть не менее 5 мм.
Примечание. Для определения твердости на образцах с радиусом кривизны менее 5 мм применяют поправочные коэффициенты, используемые для цилиндрических и сферических поверхностей, в зависимости от значения отношения(Измененная редакция, Изм. № 1).
2.1. Прибор для измерения твердости должен соответствовать требованиям ГОСТ 23677-79 и настоящего стандарта.
Алмазный наконечник должен соответствовать требованиям ГОСТ 9377-81.
2.3. Образцовые меры твердости должны соответствовать требованиям ГОСТ 9031-75.
3. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ
3.1. Перед измерением твердости производят осмотр образцов (изделий).
3.2. Поверхность испытуемого образца должна иметь шероховатость не более 0,16 мкм по ГОСТ 2789-73 и быть свободной от окисной пленки и посторонних веществ.
3.3. При измерении твердости должна быть обеспечена перпендикулярность приложения действующего усилия к испытуемой поверхности.
3.4. Опорная поверхность столика должна быть чистой. Образец должен лежать на подставке жестко и устойчиво.
3.5. При измерении твердости алмазной пирамидой применяются следующие нагрузки: 9,807 (1); 19,61 (2); 24,52 (2,5); 29,42 (3); 49,03 (5); 98,07 (10); 196,1 (20); 294,2 (30); 490,3 (50); 980,7 (100) Н (кгс).
Для получения более точного результата измерения твердости нагрузка должна быть возможно больше, причем на обратной стороне образца не должно быть заметно следов деформации.
Примечание. Для определения твердости черных металлов и сплавов применяют нагрузки от 49,03 Н (5 кгс) до 980,7 Н (100 кгс); для меди и ее сплавов - от 24,52 Н (2,5 кгс) до 490,3 Н (50 кгс); для алюминиевых сплавов - от 9,807 Н (1 кгс) до 980,7 Н (100 кгс).
(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).
4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ
4.1. При измерении твердости должны быть соблюдены следующие условия:
а) плавное возрастание нагрузки до необходимого значения;
б) поддержание постоянства приложенной нагрузки в течение установленного времени.
4.2. Продолжительность выдержки под нагрузкой должна составлять 10-15 с.
4.3. При наличии в стандартах или технических условиях на металлопродукцию особых указаний допускается проводить испытания с более продолжительным временем выдержки под нагрузкой. В этом случае допуск на выдержку должен быть ±2 с.
4.4. Расстояние между центром отпечатка и краем образца или краем соседнего отпечатка должно быть не менее 2,5 длины диагонали отпечатка.
4.5. При неизвестной толщине испытуемого слоя следует произвести несколько измерений при различных нагрузках. Если при этом твердость будет изменяться, то следует уменьшить нагрузки до тех пор, пока при двух смежных нагрузках твердость будет близка по своим значениям или совпадает.
4.6. Испытание проводят при температуре °C.
При разногласиях в измерении твердости испытания должны проводиться при температурах (20±2)°С в умеренном климате и при (27±2)°С в тропическом климате.
(Введен дополнительно, Изм. № 1).
4.7. Количество отпечатков при определении твердости указывают в нормативно-технической документации на металлопродукцию.
(Введен дополнительно, Изм. № 1).
5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
5.1. Твердость по Виккерсу () вычисляют по формуле
где - нагрузка, Н.
где - нагрузка, кгс;
- угол между противоположными гранями пирамиды при вершине, равный 136°;
- среднее арифметическое значение длин обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм.
(Измененная редакция, Изм. № 2).
5.2. Для определения твердости по Виккерсу берут среднее арифметическое значение длин обеих диагоналей (см. чертеж). Разность диагоналей одного отпечатка не должна превышать 2% от меньшей из них.
Для анизотропных материалов получаемая разность длин двух диагоналей одного отпечатка может не укладываться в указанный допуск. Допуск на эту разность должен быть указан в стандартах или технических условиях на металлопродукцию.
5.3. Измерение диагоналей длиной до 0,2 мм включительно должно производиться с погрешностью не более ±0,001 мм, и для диагоналей длиной более 0,2 мм - с погрешностью не более ±0,5%.
5.4. Твердость по Виккерсу при условиях испытания =294,2 Н (30 кгс) и времени выдержки под нагрузкой 10-15 с - обозначается цифрами, характеризующими величину твердости, и буквами . При других условиях испытания после букв указывается нагрузка и время выдержки.
Примеры обозначения: 500 - твердость по Виккерсу, полученная при нагрузке =30 кгс и времени выдержки 10-15 с;
220 10/40 - твердость по Виккерсу, полученная при нагрузке 98,07 (10 кгс) и времени выдержки 40 с.
5.5. Твердость по Виккерсу, вычисленная по указанной формуле, в зависимости от длины диагонали отпечатка при стандартных значениях их нагрузки , приведена в приложении.
Гост металлы метод измерения твердости по виккерсу
Металлы и сплавы. Измерение твердости по Виккерсу. Часть 1. Метод измерения
Стандарт распространяется на метод измерения твердости металлов и сплавов по шкалам Виккерса, а также тонких поверхностных слоев и покрытий при испытательных нагрузках и длин диагоналей отпечатков.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО
ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ
НАЦИОНАЛЬ НЫЙ
СТАНДАРТ
РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ГОСТ Р ИСО
6507-1-2007
Металлы и сплавы
ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПО ВИККЕРСУ
Метод измерения
ISO 6507-1:2005
Metallic materials - Vickers hardness test -
Part 1: Test method
(IDT)
Стандартинформ
Предисловие
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Всероссийским научно-исследовательским институтом физико-технических и радиотехнических измерений Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Управлением метрологии Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 ноября 2007 г. № 336-ст
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2004 (подраздел 3.5)
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении Е
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПО ВИККЕРСУ
Метод измерения
Metals and alloys. Vickers hardness test. Part 1. Test method
Дата введения - 2008 - 08-01
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на метод измерения твердости металлов и сплавов по шкалам Виккерса, а также тонких поверхностных слоев и покрытий при испытательных нагрузках от 0,09807 до 980,7 Н и длин диагоналей отпечатков от 0,020 до 1,400 мм.
В зависимости от величины нагрузки при измерении твердости по шкалам Виккерса различают три диапазона. Зависимость применяемых групп шкал Виккерса от величины нагрузки приведена в таблице 1.
Обозначение диапазонов шкал твердости
Твердость по шкале Виккерса
От 1,961 до 49,03
От HV 0,2 до HV 5
Твердость по шкале Виккерса с малой нагрузкой
От 0,09807 до 1,961
От HV 0,01 до HV 0,2
Примечание 1 - Для отпечатков с длиной диагонали менее 0,02 мм имеет место значительный рост неопределенности результата измерений.
Примечание 2 - Обычно уменьшение нагрузки при измерениях приводит к росту размаха результатов измерений. Это в большей степени проявляется при измерениях твердости с малой нагрузкой и микротвердости, при которых возрастает роль принципиальных ограничений на точность измерения длины диагоналей отпечатка. При измерениях микротвердости маловероятно, что погрешность определения средней длины диагоналей отпечатка будет меньше чем ±0,001 мм (см. [2] - [5]).
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты:
ИСО 6507-2:2005 Материалы металлические. Определение твердости по Виккерсу. Часть 2. Поверка и калибровка испытательных машин
ИСО 6507-3:2005 Материалы металлические. Определение твердости по Виккерсу. Часть 3. Калибровка контрольных образцов
ИСО 6507-4:2005 Материалы металлические. Определение твердости по Виккерсу. Часть 4. Таблицы определения твердости
3 Метод измерения
3.1 При измерении твердости и микротвердости по Виккерсу алмазный наконечник в форме правильной четырехгранной пирамиды с углом а между противоположными гранями при вершине вдавливается в поверхность испытуемого образца под действием нагрузки (статической силы) F . Схема приложения нагрузки приведена на рисунке 1. Нагрузку прикладывают перпендикулярно к поверхности испытуемого образца. После снятия нагрузки измеряют длины диагоналей отпечатка d1 и d2.
Рисунок 1 - Схема приложения нагрузки
Твердость по Виккерсу пропорциональна частному от деления нагрузки на площадь боковой поверхности отпечатка. Площадь боковой поверхности рассчитывают по длинам диагоналей, допуская, что отпечаток имеет форму правильной пирамиды, имеющей в основании квадрат, и с углом при вершине, совпадающим с углом при вершине у наконечника.
4 Определения и обозначения
4.1 На рисунке 1 и в таблице 2 приводятся основные определения и обозначения, используемые при измерении твердости по шкалам Виккерса.
Угол между противоположными гранями на вершине пирамидального наконечника (136°)
Нагрузка (статическая сила), используемая при измерении, Н
Среднеарифметическое значение двух длин диагоналей d 1 и d 2 (рисунок 1 ), мм
Примечани е - Константа = где gn = ускорение свободного падения 9,80665.
Число твердости по Виккерсу HV определяют по формуле
где k = 0,1891 - постоянная;
F - нагрузка, используемая при измерении, Н;
d - среднеарифметическое значение длин диагоналей d1 и d2, мм.
4.2 Обозначения чисел твердости Виккерса - HV.
Примечани е - Первоначально нагрузка выражалась в килограммах силы (кгс). В настоящее время испытательную нагрузку принято выражать в ньютонах, однако принятые ранее обозначения шкал твердости Виккерса не меняются. Например, в документах вместо 30 кгс надо использовать 294,2 Н.
5 Твердомеры
5.1 Твердомеры должны обеспечивать предписанные нагрузки или нагрузки из требуемого диапазона по ИСО 6507-2.
5.2 Пирамидальный наконечник в форме правильной четырехгранной пирамиды должен удовлетворять требованиям ИСО 6507-2.
5.3 Измерительное устройство - в соответствии с ИСО 6507-2.
Примечани е - Процедура, которую можно использовать для периодического контроля твердомера, изложена в приложении D.
6 Требования к объектам измерений
6.1 Измерения должны проводиться на плоской, гладкой, свободной от посторонних веществ и включений поверхности. Поверхность после окончательной обработки должна обеспечивать точное измерение длины диагоналей отпечатков.
6.2 При подготовке поверхности образца следует исключить, по возможности, изменение его твердости от нагрева или охлаждения.
Отпечатки микротвердости Виккерса имеют небольшую глубину, поэтому подготовку поверхности следует проводить с особой осторожностью. Рекомендуется использовать полировку или электрополировку в зависимости от свойств материала.
6.3 Толщина испытуемого образца или покрытия должна быть в 1,5 раза больше средней длины диагоналей отпечатка (приложение А). Не допускается видимая деформация обратной поверхности испытуемых образцов.
6.4 Для образцов с криволинейной поверхностью в приложении В приведены таблицы поправочных коэффициентов.
6.5 На опорной поверхности образца не должно быть видимых повреждений. Образец во время измерения твердости не должен прогибаться или пружинить. Образец должен лежать на подставке устойчиво, чтобы избежать его смещения при измерении твердости.
7 Измерение твердости
7.2 Рекомендуется использовать испытательные нагрузки по таблице 3.
Номинальное значение нагрузки F , Н
Обозначение шкалы твердости
Номинальное значение нагрузки F , H
Примечани е - При необходимости могут использоваться и другие нагрузки, например HV 2,5 (24,52 Н), и нагрузки больше 980,7 Н.
7.3 Испытуемый образец должен размещаться на жесткой опоре. Поверхность опоры должна быть ровной и без следов смазки. Испытуемый образец должен неподвижно лежать на опоре, его перемещение во время измерения недопустимо.
7.4 Во время испытания приводят наконечник в контакт с поверхностью испытуемого образца и увеличивают нагрузку в направлении, перпендикулярном к поверхности, без рывков или вибрации, пока прикладываемая нагрузка не достигнет определенной величины.
Время от начала приложения нагрузки до достижения номинального значения нагрузки должно быть не меньше 2 и не больше 8 с.
Для измерений по Виккерсу с малой нагрузкой и микротвердости это время не должно превышать 10 с.
Для измерений по Виккерсу с малой нагрузкой и микротвердости скорость внедрения наконечника в образец не должна превышать 0,2 мм/с.
Примечание - Для измерения микротвердости наконечник должен входить в контакт с образцом при скорости от 15 до 70 мкм/с.
Время выдержки под нагрузкой должно быть от 10 до 15 с. Для некоторых материалов предусмотрено более длительное время выдержки под нагрузкой, допуск для времени выдержки в таких случаях должен быть ±2 с.
7.5 Во время цикла измерения, включающего приложение нагрузки, выдержку под нагрузкой и снятие нагрузки, твердомер должен быть защищен от вибрационных воздействий.
7.6 Расстояние между центром отпечатка и краем образца должно быть не менее 2,5 средних длин диагоналей отпечатка для стали, меди и сплавов меди и не менее трех средних длин диагоналей отпечатка для легких металлов, свинца, олова и их сплавов.
Расстояние между центрами двух смежных отпечатков должно быть не менее трех средних длин диагоналей отпечатка для стали, меди и сплавов меди и не менее шести средних длин диагоналей отпечатка для легких металлов, свинца, олова и их сплавов. Если два смежных отпечатка отличаются по размерам, расстояние должно определяться по средней длине диагонали большего отпечатка.
7.7 Измеряют длины двух диагоналей. Среднеарифметическое значение двух измерений должно быть использовано для вычисления твердости по Виккерсу. Для плоских поверхностей разность между длинами диагоналей не должна превышать 5 % длины меньшей из них. Если разность больше, это должно фиксироваться в протоколе измерений.
Примечани е - Увеличение микроскопа должно быть таким, чтобы длина диагонали отпечатка составляла не менее 25 % и не более 75 % ширины рабочего поля.
7.8 При измерении твердости на криволинейных поверхностях необходимо применять таблицы приложения В. В приложении В приведены таблицы для определения чисел твердости по Виккерсу в зависимости от испытательной нагрузки и средней длины диагоналей отпечатка.
8 Оценка неопределенности результатов измерений
Полную оценку неопределенности результатов измерений твердости следует проводить в соответствии с требованиями руководства [6].
Для оценки неопределенности результатов измерений существуют два подхода:
- один подход основывается на оценке неопределенности всех возможных источников, возникающих во время калибровки системы приложения нагрузки, измерительной системы твердомера, параметров алмазной пирамиды. Процедура оценки изложена в [7];
- другой подход основывается на оценке неопределенности с использованием эталонной меры твердости [7] - [10]. Руководство по определению содержится в приложении D.
Примечани е - Не всегда можно оценить вклад от разных источников в неопределенность измерений. В этом случае оценку неопределенности по типу А можно выполнить с помощью статистического анализа нескольких отпечатков по эталонной мере твердости. Когда неопределенности, оцененные по типу А и В, складываются, вклады различных источников не учитывают дважды (см. [6], пояснение 4).
Методы оценки неопределенности приводятся в приложении D.
9 Отчет об измерениях
Отчет об измерениях должен содержать следующую информацию:
a) ссылку на настоящий стандарт;
b) все атрибуты, необходимые для идентификации эталонной меры твердости;
c) полученные результаты;
d) все операции, не предусмотренные в настоящем стандарте;
e) подробности измерений или обстоятельства, которые могли повлиять на результат;
f) температуру, при которой проводят измерения, если она вне диапазона, указанного в 7.1.
Примечание 1 - Сравнение чисел твердости HV возможно только для измерений с одной и той же нагрузкой.
Примечание 2 - Не существует метода точного перевода чисел твердости из одной шкалы Виккерса в другую. Следовательно, такого перевода следует избегать, если нет надежной базы для перевода, полученной сравнительными измерениями.
Примечание 3 - Следует заметить, что для анизатропных материалов, полученных холодным прокатом, возможна значительная разница между длинами двух диагоналей отпечатка. В этом случае, по возможности, внедрение наконечника должно быть проведено так, чтобы диагонали составляли около 45° с направлением проката. Технические условия на продукцию должны содержать ограничения на разницу между длиной диагоналей.
Приложение А
(обязательное)
Минимальная толщина объектов измерений в зависимости от их твердости и величины
нагрузки
Ось X - толщина испытуемого образца, мм; ось Y - твердость HV
Рисунок А.1 - Минимальная толщина испытуемых образцов в зависимости от испытательной нагрузки
и твердости (для шкал от HV 0,2 до HV 100)
1 - число твердости HV ; 2 - минимальная толщина образца t , мм; 3 - длина диагонали отпечатка d , мм;
4 - обозначение шкалы твердости HV ; 5 - испытательная нагрузка F , Н
Рисунок А.2 - Номограмма для определения характеристик измерения твердости по Виккерсу по минимальной
толщине образцов (для шкал от HV 0,01 до HV 100)
Приложение В
(обязательное)
Таблица поправочных коэффициентов для измерения на криволинейных поверхностях
В.1 Сферические поверхности
В таблицах В.1 и В.2 даны поправочные коэффициенты, когда измерения твердости выполняют на сферических поверхностях.
Поправочные коэффициенты приводят для отношения средней длины диагоналей отпечатка к диаметру D сферического образца, на котором выполняют измерения.
Пример:
Диаметр сферического образца D = 10 мм.
Нагрузка F = 98,07 Н.
Средняя длина диагоналей отпечатка d = 0,150 мм.
Твердость по Виккерсу =
Поправочный коэффициент получаем из таблицы В.1 интерполяцией = 0,983.
Твердость сферического образца - 824×0,983 = 810 H V 10.
ГОСТ Р ИСО 6507-1-2007 Металлы и сплавы. Измерения твердости по Виккерсу. Часть 1. Метод измерения
Сведения о стандарте
4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 6507-1:2005 «Материалы металлические. Определение твердости по Виккерсу. Часть 1. Метод испытания » (ISO 6507-1:2005 «Metallic materials - Vickers hardness test - Part 1: Test method»).
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Часть 1
1 Область применения
Нагрузка F , Н
Примечание 2 - Обычно уменьшение нагрузки при измерениях приводит к росту размаха результатов измерений. Это в большей степени проявляется при измерениях твердости с малой нагрузкой и микротвердости, при которых возрастает роль принципиальных ограничений на точность измерения длины диагоналей отпечатка. При измерениях микротвердости маловероятно, что погрешность определения средней длины диагоналей отпечатка будет меньше чем ± 0,001 мм (см. [2] - [5]).
2 Нормативные ссылки
3 Метод измерения
3.1 При измерении твердости и микротвердости по Виккерсу алмазный наконечник в форме правильной четырехгранной пирамиды с углом а между противоположными гранями при вершине вдавливается в поверхность испытуемого образца под действием нагрузки (статической силы) F . Схема приложения нагрузки приведена на рисунке 1. Нагрузку прикладывают перпендикулярно к поверхности испытуемого образца. После снятия нагрузки измеряют длины диагоналей отпечатка d 1 и d 2 .
Рисунок 1 - Схема приложения нагрузки
4 Определения и обозначения
Нагрузка (статическая сила), используемая при измерении, Н
Среднеарифметическое значение двух длин диагоналей d 1 и d 2 (рисунок 1), мм
F - нагрузка, используемая при измерении, Н;
d - среднеарифметическое значение длин диагоналей d 1 и d 2 , мм.
4.2 Обозначения чисел твердости Виккерса - HV .
Пример
Примечание - Первоначально нагрузка выражалась в килограммах силы (кгс). В настоящее время испытательную нагрузку принято выражать в ньютонах, однако принятые ранее обозначения шкал твердости Виккерса не меняются. Например, в документах вместо 30 кгс надо использовать 294,2 Н.
5 Твердомеры
Примечание - Процедура, которую можно использовать для периодического контроля твердомера, изложена в приложении D .
6 Требования к объектам измерений
7 Измерение твердости
7.1 Измерение твердости можно проводить при температуре окружающей среды от 10ºС до 35ºС. Измерения проводят при температуре (23 ± 5)ºС
Номинальное значение нагрузки
HV 0.2
Примечание - При необходимости могут использоваться другие нагрузки, например HV 2,5(24,52 Н) и нагрузки больше 980,7 Н.
Для измерений по Виккерсу с малой нагрузкой и микротвердости это время не должно превышать 10 c .
Время выдержки под нагрузкой должно быть от 10 до 15 с. Для некоторых материалов предусмотрено более длительное время выдержки под нагрузкой, допуск для времени выдержки в таких случаях должен быть ± 2 с.
Примечание - Увеличение микроскопа должно быть таким, чтобы длина диагонали отпечатка составляла не менее 25 % и не более 75 % ширины рабочего поля.
8 Оценка неопределенности результатов измерений
- другой подход основывается на оценке неопределенности с использованием эталонной меры твердости [7]-[10]. Руководство по определению содержится в приложении D .
Примечание - Не всегда можно оценить вклад от разных источников в неопределенность измерений. В этом случае оценку неопределенности по типу А можно выполнить с помощью статистического анализа нескольких отпечатков по эталонной мере твердости. Когда неопределенности, оцененные по типу А и В, складываются, вклады различных источников не учитывают дважды (см. [6], пояснение 4).
Методы оценки неопределенности приводятся в приложении D .
9 Отчет об измерениях
a ) ссылку на настоящий стандарт;
b ) все атрибуты, необходимые для идентификации эталонной меры твердости;
c ) полученные результаты;
d ) все операции, не предусмотренные в настоящем стандарте;
e ) подробности измерений или обстоятельства, которые могли повлиять на результат;
f ) температуру, при которой проводят измерения, если она вне диапазона, указанного в 7.1.
Примечание 3 - Следует заметить, что для анизатропных материалов, полученных холодным прокатом, возможна значительная разница между длинами двух диагоналей отпечатка. В этом случае, по возможности, внедрение наконечника должно быть проведено так, чтобы диагонали составляли около 45° C направлением проката. Технические условия на продукцию должны содержать ограничения на разницу между длиной диагоналей.
Приложение А
(обязательное)
Минимальная толщина объектов измерений в зависимости от их твердости и величины нагрузки
Ось X - толщина испытуемого образца, мм; ось Y - твердость HV
Рисунок А.1 - Минимальная толщина испытуемых образцов в зависимости от испытательной нагрузки и твердости (для шкал от HV 0,2 до HV 100)
1 - число твердости HV ; 2 - минимальная толщина образца t , мм; 3 - длина диагонали отпечатка d , мм; 4 - обозначение шкалы твердости HV ; 5 - испытательная нагрузка F , Н
Рисунок А.2 - Номограмма для определения характеристик измерения твердости по Виккерсу по минимальной толщине образцов (для шкал от HV 0,01 до HV 100)
Приложение В
(обязательное)
Таблица поправочных коэффициентов для измерения на криволинейных поверхностях
В.1 Сферические поверхности
Поправочные коэффициенты приводят для отношения средней длины диагоналей отпечатка к диаметру D сферического образца, на котором выполняют измерения.
Пример:
Диаметр сферического образца D -10 мм.
Нагрузка F = 98,07 Н.
Средняя длина диагоналей отпечатка d = 0,150 мм.
Твердость по Виккерсу -
Поправочный коэффициент получаем из таблицы В.1 интерполяцией = 0,983.
Твердость сферического образца -824 ´ 0,983 = 810 HV 10.
Испытания на твердость
Твердость — свойство материала оказывать сопротивление упругой и пластической деформации или разрушению при внедрении в поверхностный слой материала другого, более твердого и не получающего остаточной деформации тела - индентора.
Способы определения твердости в зависимости от временного характера приложения нагрузки и измерения сопротивления вдавливанию индентора подразделяют на:
- статические
- динамические
- кинетические
Наиболее распространенными являются статические методы, при которых нагрузку к индентору прикладывают плавно и постепенно, а время выдержки под нагрузкой регламентируется стандартами на соответствующие методы.
При динамических методах определения твердости индентор подействует на образец с определенной кинетической энергией, затрачиваемой на упругую отдачу и/или формирование отпечатка, динамическую твердость часто называют также твердостью материала при ударе. Твердость при ударе характеризует сопротивление внедрению не только на поверхности образца, но и в некотором объеме материала.
Кинетические методы определения твердости основываются на непрерывной регистрации процесса вдавливания индентора с записью диаграммы «нагрузка на индентор — глубина внедрения индентора. Особенность такого подхода заключается в регистрации всей кинетики процесса упругопластического деформирования материала при вдавливании индентора, а не только конечного результата испытаний, как при других методах.
По принципу приложения нагрузки способы определения твердости можно подразделить на способы вдавливания, отскока, царапания и резания.
Способы вдавливания являются наиболее распространенными. Твердость в этом случае определяется как сопротивление, которое оказывает испытуемое тело внедрению более твердого индентора и отражает преимущественно сопротивление поверхностных слоев материала пластической деформации.
Способы отскока основаны на измерении твердости по высоте отскока бойка, падающего на испытуемую поверхность. Твердость при этом отражает преимущественно сопротивление упругой деформации. Измерение твердости способом отскока широко применяют для контроля качества прокатных валков, больших изделий и конструкций с использованием переносных приборов.
Способ измерения твердости методом царапания
Способами царапания и резания твердость определяется соответственно как сопротивление материала царапанию или резанию. Способ царапания разработал Моос в начале XIX в.; им были предложена шкала твердости минералов по способности одного наносить царапины на поверхности другого. Эта десятибалльная шкала (от талька № 1 до алмаза № 10) используется в минералогии, а также для оценки твердости технической керамики и монокристаллов.
При определении твердости всеми методами (кроме микротвердости) измеряют интегральное значение твердости материала (усредненное для всех структурных составляющих).
Значения твердости нельзя однозначно переводить в значения других механических свойств материала. Однако определение твердости является эффективным способом сравнения друг с другом однотипных материалов и контроля их качества.
Измерение твердости по Бринеллю
Метод измерения твердости по Бринеллю регламентирован ГОСТ 9012.
При определении твердости этим методом стальной шарик определенного диаметра D вдавливают в тестируемый образец под действием нагрузки Р, приложенной перпендикулярно к поверхности образца, в течение определенного времени. После снятия нагрузки измеряют диаметр отпечатка d. Число твердости по Бринеллю обозначается буквами НВ, и его определяют путем деления нагрузки Р на площадь поверхности сферического отпечатка F.
Для удобства имеются таблицы чисел твердости по Бринеллю и зависимости от диаметра шарика D, диаметра отпечатка d и нагрузки Р.
Минимально допустимая толщина образца для корректного измерения твердости НВ должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка h.
Испытания проводят при комнатной температуре в отсутствие вибраций и ударов. Время выдержки под нагрузкой т для черных металлов составляет 10. 15 с, а для цветных металлов и сплавов от 10 до 180 с. Нагрузку на индентор выбирают с учетом соотношения К=Р/D2:
Металлы и сплавы К, кгс/мм2
Сталь, чугун и другие высокопрочные сплавы ………..30
Медь, никель и их сплавы. 10
Алюминий, магний и их сплавы. 5
Например, при испытании сталей и чугунов при диаметре шарика D =10 мм нагрузка должна быть 3000 кгс, а время выдержки под нагрузкой 10. 15 с. Число твердости в этом случае обозначается цифрами со стоящим после них символом НВ (например, 250 НВ). Иногда после букв НВ указывают условия испытаний - НВ D/P/τ, например: 250 НВ 5/750/25 - твердость по Бринеллю 250, полученная при диаметре шарика D =5 мм, нагрузке Р= 750 кгс и времени выдержки под нагрузкой т=25 с.
Измерение твердости по Бринеллю не рекомендуется применять для стали с твердостью более 450 НВ, а для цветных металлов более 200 НВ
Измерение твердости по Виккерсу
Метод измерения твердости по Виккерсу регламентируется ГОСТ 2999. Метод используют для определения твердости деталей и металлопродукции малой толщины, а также тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость.
Твердость по Виккерсу измеряют путем вдавливания в образец алмазного наконечника в форме правильной четырехгранной пирамиды под действием нагрузки Р в течение времени выдержки τ. После снятия нагрузки измеряют диагонали оставшегося на поверхности материала отпечатка –d1, d2 и вычисляют их среднее арифметическое значение — d, мм.
Значения твердости по Виккерсу при стандартных нагрузках н зависимости от длины диагонали d (мм) даны в соответствующих таблицах.
При испытаниях применяют следующие нагрузки Р, кгc: 1; 2; 2,5; 3; 5; 10; 20; 30; 50; 100. Число твердости по Виккерсу обозначают цифрами, характеризующими величину твердости со стоящим после них символом HV (например, 200 HV). Иногда после символа HV указывают нагрузку и время выдержки, например: 200 HV 10/40 - твердость по Виккерсу, полученная при нагрузке Р= 10 кгс и времени выдержки под нагрузкой т=40 с.
В ГОСТе сказано, что точного перевода чисел твердости по Виккерсу на числа твердости, полученные другими методами, или на механические свойства при растяжении не существует и таких переводов (за исключением частных случаев) следует избегать.
Измерение твердости по Роквеллу
Метод измерения твердости по Роквеллу регламентирован ГОСТ 9013. При определении твердости этим методом тестируемый образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок - предварительной P0 (обычно Р0 =10 кгс) и общей Р - вдавливают индентор (алмазный конус или стальной шарик). При этом общая нагрузка равна сумме предварительной P0 и основной Р1 нагрузок:
После выдержки под приложенной общей нагрузкой Р в течение 3. 5 с основную нагрузку Р1 снимают и измеряют глубину проникновения индентора в материал А под действием общей нагрузки Р затем снимают оставшуюся предварительную нагрузку P0.
Твердость по Роквеллу измеряют в условных единицах. За единицу твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002 мм. Число твердости определяется по шкале индикатора (как правило, часового типа). Индикатор показывает результат вычитания разности глубин (h –h0), на которые вдавливается индентор под действием двух последовательно приложенных нагрузок, из некоторой константы. Величина h0 — глубина внедрения индентора в испытуемый образец под действием предварительной нагрузки P0.
В зависимости от формы индентора и прилагаемой нагрузки введены три измерительные шкалы: А, В, С. Наиболее часто используемыми шкалами являются А и С.
Число твердости по Роквеллу обозначается цифрами, характеризующими величину твердости, со стоящим после них символом HRA, HRB или HRC (в зависимости от используемой шкалы измерения), например: 28 HRC
Шкалы, использующиеся при измерении твердости по Роквеллу
Измерение твердости по Шору
Метод измерения твердости по Шору регламентирован ГОСТ 23273. Это - основной метод определения твердости поверхности прокатных валков при их изготовлении, поставке на металлургическое предприятие, а также в процессе эксплуатации валков на прокатных станах.
При измерении твердости по Шору боек определенной массы с алмазным индентором на конце свободно надает по вертикали с определенной высоты h падения =19,0 ± 0,5 мм на испытуемую поверхность. Индентор представляет собой алмазный наконечник в виде тела вращения с радиусом закруглений рабочего конца R =1,0 ± 0,1 мм. Масса бойка вместе с алмазным индентором составляет 36,0 г. За характеристику твердости принимается высота отскока бойка h. За 100 единиц твердости по Шору принимается определенная величина отскока бойка h100 = 13,6 ± 0,5 мм. Такая твердость соответствует максимальной твердости стабилизированной после закалки на мартенсит углеродистой эвтектоидной инструментальной стали по ГОСТ 1435. Согласно стандарту, твердость по Шору измеряют в диапазоне от 20 до 140 единиц (HSD). Число твердости по Шору обозначается цифрами, характеризующими величину твердости, со стоящими после них символом HSD, например 95 HSD. Число твердости указывается с округлением до целого числа.
Измерение микротвердости
Метод измерения микротвердости регламентирован ГОСТ 9450. Определение микротвердости (твердости в микроскопически малых объемах) проводят при исследовании отдельных структурных составляющих сплавов, тонких покрытий, а также при измерении твердости мелких деталей. Прибор для определения микротвердости состоит из механизма для вдавливания алмазной пирамиды под небольшой нагрузкой и металлографического микроскопа. В испытываемую поверхность вдавливают алмазную пирамиду под нагрузкой 0,05. 5 Н.
Микротвердость измеряют путем вдавливания в образец (изделие) алмазного индентора под действием статической нагрузки Р в течении определенного времени выдержки т. Число твердости определяют (как и по Виккерсу) делением приложенной нагрузки в Н или кгс на условную площадь боковой поверхности полученного отпечатка в мм2.
Основным вариантом испытания является так называемый метод восстановленного отпечатка, когда размеры отпечатков определяются после снятия нагрузки. Для случая, когда требуется определение дополнительных характеристик материала (упругое восстановление, релаксация, ползучесть при комнатной температуре и др.) допускается проводить испытание по методу невосстановленного отпечатка. При этом размеры отпечатка определяют на глубине вдавливания индентора в процессе приложения нагрузки.
Практически микротвердость определяют по стандартным таблицам дня конкретной формы индентора, нагрузки Р и полученных в испытании размеров диагоналей отпечатка.
В качестве инденторов используют алмазные наконечники разных форм и размеров в зависимости от назначения испытании микротвердости. Основным и наиболее распространенным нконечником является четырехгранная алмазная пирамида с квадратым основанием (по форме подобна индентору, применяющемуся при определении твердости по Виккерсу).
Число микротвердости обозначают цифрами, характеризующими величину твердости со стоящим перед ними символом H с указанием индекса формы наконечника, например, Н□ =3000. Допускается указывать после индекса формы наконечника величину прилагаемой нагрузки, например: Н□ 0,196 =3000 - число микротвердости 3000 Н/мм2, полученное при испытании с четырех гранной пирамидой при нагрузке 0,196 Н. Размерность микротвердости (Н/мм2 или кгс/мм2) обычно не указывают. Если микротвердость определяли по методу невосстановленного отпечанка, то к индексу формы наконечника добавляют букву h (Н□h).
Соотношение значений твердости
При сопоставлении значений твердости, полученных разными методами, между собой и с механическими свойствами материалов необходимо помнить, что приводимые в литературных источниках таблицы или зависимости для такого сопоставительного перевода являются чисто эмпирическими. Физического смысла такой перевод лишен, так как при вдавливании paзличных по форме и размерам инденторов и с разной нагрузкой твердость определяется при совершенно различных напряженных состояниях материала. Даже при одном и том же способе измерения твердости значение сильно зависит от нагрузки: при меньших нагрузках значения твердости получаются более высокими.
Выше были рассмотрены основные методы контроля твердости. Существуют и другие методики контроля, которые основаны на косвенных измерениях значений механических свойств. Например электрические, магнитные, акустические и т.д. Все эти методы основаны на составлении экспериментальных корреляционных таблиц "измеряемый параметр - параметр механических свойств", где все параметры постоянны (химический состав металла, номер плавки, количество загрязнений), а меняются лишь табличные параметры. Такие методы на производстве практически не работают, т.к. например химический состав металлов по ГОСТам требуется в селекте, т.е. может быть в заданном пределе и меняться от плавки к плавке. Составление градуировочных таблиц на каждую партию металла - очень трудоёмкая работа.
Читайте также: