Твердость. Измерение твердости по Роквеллу, Бринеллю, Виккерсу

Метод заключается во вдавливании алмазного наконечника (индентора), имеющего форму правильной четырехгранной пирамиды с углом при вершине 136 °, в образец (изделие) под действием нагрузки Р и измерении диагонали отпечатка d , оставшегося после снятия нагрузки (рис. 1.6 ).

Рис. 1.6. Метод Виккерса: а − схема измерения; б − вид отпечатка

может меняться от 9,8 (1 кгс) до 980 Н (100 кгс). Твердость по Виккерсу рассчитывается как отношение приложенной нагрузки P к площади поверхности отпечатка F :

[МПа], (1.6)

если Р выражена в Н, и

[кгс/мм 2 ], (1.7)

если Р выражена в кгс.

Диагональ отпечатка d измеряется при помощи микроскопа, установленного на приборе. Число твердости по Виккерсу HV определяют по специальным таблицам по измеренной величине d .

Метод используют для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость. Как правило, используют небольшие нагрузки: 10, 30, 50, 100, 200, 500 Н. Чем тоньше материал, тем меньше должна быть нагрузка.

Кинематическая схема прибора для измерения твердости методом Виккерса показана на рис. 1.7 .

Рис. 1.7. Схема прибора для измерения твердости по Виккерсу:

1 − Столик для установки образца; 2 − маховик; 3 − шток с алмазной пирамидой;

4− Педаль пускового рычага;5− подвеска с призмой;6− микроскоп

Преимущество данного способа в том, что можно измерять твердость любых материалов, тонкие изделия, поверхностные слои. Высокая точность и чувствительность метода.

Числа твердости по Виккерсу и по Бринеллю для материалов, имеющих твердость до 450 НВ , практически совпадают.

Вместе с тем измерения пирамидой дают более точные значения для металлов с высокой твердостью, чем измерения шариком или конусом. Алмазная пирамида имеет большой угол в вершине (136 °) и диагональ ее 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 твердости тонких или твердых сплавов.

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

Метод микротвердости − метод Хрущева-Берковича

Измерение микротвердости (ГОСТ 9450-76) имеет целью определить твердость отдельных зерен, фаз и структурных составляющих сплава (рис. 1.8 ), очень тонких слоев (сотые доли миллиметра), а не «усредненную» твердость, как при измерении макротвердости.

Прибор для определения микротвердости типа ПМТ-3, разработанный М. М. Хрущевым и Е. С. Берковичем (рис. 1.9 ), имеет штатив 1 вертикального микроскопа с тубусом, перемещающимся вверх и вниз с помощью макрометрического винта 2 и микрометрического винта 3 . На верхний конец тубуса насажен окулярный микрометр 4 , а в нижнем конце закреплены шток 5 с алмазной пирамидой, опак-иллюминатор 6 и объективы 7 , В опак-иллюминаторе имеется лампочка напряжением 6 В, питаемая от электросети через трансформатор.

Прибор снабжен двумя объективами для просмотра микрошлифа при увеличениях в 478 × и 135 × . Окуляр увеличивает в 15 раз.

Окулярный микрометр имеет неподвижную сетку, остаточный микрометрический барабанчик и каретку с подвижной сеткой. На неподвижной сетке длиной 5 мм нанесены штрихи с цифрами и угольник с прямым углом, вершина которого совпадает с цифрой 0. На подвижной сетке нанесен угольник с прямым углом и две риски.

Рис. 1.9. Схема прибора ПМТ-3 для измерения микротвердости:

1 − микроскоп;2 − микрометрический винт;3 − микрометрический винт;4 − окулярныймикрометр; 5 − шток с алмазной пирамидой; 6 – опак-иллюминатор;7 − объектив;8 − стол для установки микрошлифа;9 − ручка стола;10 − винт стола;11 − регулировочные винты;

Для определения твердости образцов существуют различные методы, такие как статический и динамический (ударный) и ультразвуковой.

Динамические и ультразвуковые методы не требуют определения твердости вручную. Твердость отображается на экране.

Для методов по Бринеллю, Виккерсу и Микро-Виккерсу существуют эмпирические таблицы и формулы для расчета твердости.

Для метода по Роквеллу существует формула для измерения глубины отпечатка.

По методу Шора измеряется глубина вдавливания индентора в поверхность исследуемого образца под действием тарированной пружины.

Как измеряют твердость методом Бринелля?

Измерение твердости по Бринеллю происходит путем внедрения с определенной нагрузкой закаленного стального шарика (диаметром 2,5 мм; 5 мм или 10 мм) в поверхность испытуемого образца. В результате на поверхности образца получается отпечаток. С помощью лупы измеряют диаметр отпечатка.

Измерение твердости по Бринеллю происходит путем внедрения с определенной нагрузкой закаленного стального шарика (диаметром 2,5 мм; 5 мм или 10 мм) в поверхность испытуемого образца. В результате на поверхности образца получается отпечаток. С помощью лупы измеряют диаметр отпечатка.

Формула расчета твердости методом Бринелля (HB, HBW):

  • где НВ - при использовании стального шарика для металлов с твердостью менее 450 единиц; (HBW - при использовании шарика из твердого сплава с твердостью более 450 единиц), кгс;
  • F - нагрузка, действующего на индентор, Н (кгс);
  • А - площадь поверхности отпечатка, мм 2 ;
  • D - диаметр стального шарика, мм;
  • d - диаметр отпечатка, мм.

Нагрузку на шарик выбирают в зависимости от вида материала К и должна быть пропорциональна квадрату диаметра шарика:

Соответствующую нагрузку F и диаметр шарика D выбирают таким образом, чтобы диаметр отпечатка находился в пределах:

Толщина образца должна, как минимум в 8 раз превышала глубину внедрения индентора.

Как измеряют твердость методом Роквелла?

Измерение твердости по Роквеллу основан на погружение алмазного наконечника (120 градусов) или стального закаленного шарика (диаметром 1,588 мм) с последующим измерением глубины отпечатка.

Формула твердости по Роквеллу

Формула расчета твердости по Роквеллу (HR):

  • при измерении твердости алмазным наконечником (120 градусов) применяют формулу:

где H-h-разность глубин внедрения индентора (в мм) после снятия основной нагрузки и до ее приложения.

  • при измерении твердости закаленным стальным шаровым индентором (диаметром 1,588 мм):

Как измеряют твердость методом Виккерса?

Измерение твердости по Виккерсу происходит путем плавного внедрения четырехгранной алмазной пирамиды (с противоположным углом 136 градусов) в исследуемую поверхность образца, с дальнейшим измерением диагонали отпечатка d и расчета твердости исследуемого образца по таблицам (подробнее в ГОСТ 2999-75).

Формула твердости по Виккерсу.

Формула расчета твердости по Виккерсу (HV):

  • где F - испытательная нагрузка, действующее на индентор, кгс;
  • М - площадь поверхности отпечатка, мм 2 ;
  • a - наклон алмазного наконечника пирамидной формы;
  • d - средняя длина диагонали отпечатка, мм.

Метод Виккерса - метод измерения твёрдости металлов и сплавов по Виккерсу. Регламентируется ГОСТ 2999-75 и ISO 6507.

Сущность метода заключается во вдавливании в испытуемый материал правильной четырёхгранной алмазной пирамиды с углом 136° между противоположными гранями.

Твёрдость по Виккерсу вычисляется путём деления нагрузки Р на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка. Метод Виккерса позволяет определять твёрдость азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов.

Наблюдается хорошее совпадение значений твёрдости по Виккерсу и Бринеллю в пределах от 100 до 450 НV. Твёрдость по Виккерсу во всех случаях обозначается буквами HV без указания размерности - кгс/мм² (10МПа).

Основными параметрами при измерении твёрдости по Виккерсу являются нагрузка Р до 980,7 Н (100 кгс) и время выдержки 10-15 с.

В других случаях после символа HV указывают индексы разделённые наклонной чертой и обозначающие нагрузку и время выдержки, и через тире - число твёрдости.

Недостатки метода

Основным недостатком метода является зависимость измеряемой твёрдости от приложенной нагрузки или глубины внедрения индентора (явление размерного эффекта, часто называемого в англоязычной литературе indentation size effect). Особенно сильно эта зависимость проявляется при малых нагрузках.

Министерство образования Российской Федерации

Таганрогский Государственный Радиотехнический Университет

Кафедра Механики

Реферат


Выполнил:

Студент гр. Р-99

Андриевский В. А.

Проверил:

доцент кафедры механики

Шаповалов Р. Г.

Таганрог 2001

Методы определения твердости металлов

Одной из наиболее распространенных характеристик, определяющих качество металлов и сплавов, возможность их применения в различных конструкциях и при различных условиях работы, является твердость. Испытания на твердость производятся чаще, чем определение других механических характеристик металлов: прочности, относительного удлинения и др.

Твёрдостью материала называют способность оказывать сопротивление механическому проникновению в его поверхностный слой другого твёрдого тела. Для определения твёрдости в поверхность материала с определённой силой вдавливается тело (индентор), выполненное в виде стального шарика, алмазного конуса, пирамиды или иглы. По размерам получаемого на поверхности отпечатка судят о твёрдости материала. В зависимости от способа измерения твёрдости материала, количественно её характеризуют числом твёрдости по Бринелю (НВ), Роквеллу (HRC) или Виккерсу (HV) . Указанные механические характеристики связаны между собой, поэтому их конкретные значения могут быть найдены расчётным путём на основе данных о твёрдости с помощью формул, полученных для конкретного материала с определённой термообработкой. Так, например, предел выносливости на изгиб сталей с твёрдостью 180-350 НВ равен примерно 1,8 НВ, с твёрдостью 45-55 HRC - 18 HRC+150, связь предела выносливости с пределом прочности стали описывается соотношениями:
Конкретным образцам конструкционных материалов, а также выполненным из них изделиям, присуща индивидуальность прочностных и упругих характеристик. Разброс их значений для различных образцов, выполненных из одного и того же материала, обусловлен статистической природой прочности твёрдых тел, различием структур внешне одинаковых образцов. Из-за неопределённости реальных механических характеристик материала, неопределённости некоторых внешних нагрузок, действующих на технический объект, погрешности расчётов для обеспечения безопасной работы проектируемых конструкций должны быть приняты соответствующие проектному этапу обеспечения надёжности меры предосторожности. В качестве такой меры используется понижение в n раз относительно опасного напряжения материала (предела прочности, предела текучести, предела выносливости или предела пропорциональности) величины максимально допускаемых напряжений, используемых в условии прочности. Величина n получила название нормативного коэффициента запаса прочности , который выбирается по таблице или рассчитывается как произведениеn = n 1 * n 2 * n 3 , где n 1 -учитывает среднюю точность определения напряжений, n 2 -учитывает неопределённость механических характеристик материала, n 3 -учитывает среднююстепень ответственности проектируемой детали.

Существует несколько способов измерения твердости, различающихся по характеру воздействия наконечника. Твердость можно измерять вдавливанием индентора (способ вдавливания), ударом или же по отскоку наконечника – шарика. Твердость, определенная царапаньем, характеризует сопротивление разрушению, по отскоку – упругие свойства, вдавливанием сопротивление пластической деформации. В зависимости от скорости приложения нагрузки на индентор твердость различают статическую (нагрузка прикладывается плавно) и динамическую (нагрузка прикладывается ударом).

Широкое распространение испытаний на твердость объясняется рядом их преимуществ перед другими видами испытаний:

Простота измерений, которые не требуют специального образца и могут быть выполнены непосредственно на проверяемых деталях;

Высокая производительность;

Измерение твердости обычно не влечет за собой разрушения детали, и после измерения ее можно использовать по своему назначению;

Возможность ориентировочно оценить по твердости другие характеристики металла, в первую очередь предел прочности.

Так, например, зная твердость по Бринеллю (HB), можно определить предел прочности на растяжение

(временное сопротивление). ,

где k – коэффициент, зависящий от материала;

k = 0,34 – сталь HB 120 … 175;

k = 0,35 – сталь HB 175 … 450;

k = 0,55 – медь, латунь и бронза отоженные;

k = 0,33 … 0,36 – алюминий и его сплавы.

Наибольшее применение получило измерение твердости вдавливанием в испытываемый металл индентора в виде шарика, конуса и пирамиды (соответственно методы Бринелля, Роквелла и Виккерса). В результате вдавливания достаточно большой нагрузкой поверхностные слои металла, находящиеся под наконечником и вблизи него, пластически деформируются. После снятия нагрузки остается отпечаток. Величина внедрения наконечника в поверхность металла будет тем меньше, чем тверже испытываемый материал.

Таким образом под твердостью понимают сопротивление материала местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела – индентора.

Измерение твердости по Бринеллю

Твердость по методу Бринелля (ГОСТ 9012-59) измеряют вдавливанием в испытываемый образец стального шарика определенного диаметра D под действием заданной нагрузки P в течение определенного времени (Рис. 1). В результате вдавливания шарика на поверхности образца получается отпечаток (лунка). Число твердости по Бринеллю, обозначаемое HB, представляет собой отношение нагрузки P к площади поверхности сферического отпечатка F и измеряется в кгс/мм 2 или МПа: (2)

Площадь шарового сегмента составит:

, мм 2 (3)

где D –диаметр шарика, (мм);

h – глубина отпечатка, (мм).

Так как глубину отпечатка измерить трудно, а проще измерить диаметр отпечатка d, выражают h через диаметр шарика D и отпечатка d:

, (мм) (4) , (мм 2) (5)

Число твердости по Бринеллю определяется по формуле:

, (кгс/мм 2) (6)

Для перевода твердости по Бринеллю в единицы СИ необходимо умножить число твердости в кгс/мм 2 на 9,81, т.е. HB=9,81*HB (МПа).

Для получения сопоставимых результатов при определении твердости HB шариками различного диаметра необходимо соблюдать условие подобия.

Подобие отпечатков при разных D и P будет обеспечено, если угол j остается постоянным (Рис. 1.1). Подставив в формулу (6)

, получим следующее выражение: Из этой формулы видно, что значение HB будет оставаться постоянным, если и .

В практике при определении твердости не делают вычислений по формуле (6), а пользуются таблицами, составленными для установленных диаметров шариков, отпечатков и нагрузок. Шарики применяют диаметром 10,5 и 2,5 мм. Диаметр шарика и нагрузка выбираются в соответствии с толщиной и твердостью образца (табл. 1). При этом для получения одинаковых чисел твердости одного материала при испытании шариками разных диаметров необходимо соблюдать закон подобия между получаемыми диаметрами отпечатков. Поэтому твердость измеряют при постоянном соотношении между величиной нагрузки P и квадратом диаметра шарика D 2 . Это соотношение должно быть различным для металлов разной твердости.

Таблица 1

Условия испытания металлов на твердость по Бринеллю


Число твердости по Бринеллю, измеренное при стандартном испытании (D = 10 мм, P = 3000 кгс), записывается так: HB 350. Если испытания проведены при других условиях, то запись будет иметь следующий вид: HB 5/250/30-200, что означает – число твердости 200 получено при испытании шариком диаметром 5 мм под нагрузкой 250 кгс и длительности нагрузки 30 с.

При измерении твердости по методу бринелля необходимо выполнять следующие условия:

Образцы с твердостью выше HB 450 кгс/мм 2 (4500 МПа) испытывать запрещается;

Все документы, представленные в каталоге, не являются их официальным изданием и предназначены исключительно для ознакомительных целей. Электронные копии этих документов могут распространяться без всяких ограничений. Вы можете размещать информацию с этого сайта на любом другом сайте.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО
ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

российской

ФЕДЕРАЦИИ

ГОСТ Р ИСО

6507-1

2007

Металлы и сплавы

ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПО ВИККЕРСУ

Часть 1

Метод измерения

ISO 6507-1:2005
Metallic materials - Vickers hardness test - Part 1: Test method
(IDT)

Москва

Стандартинформ

2008

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

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»).

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2004 (подраздел 3.5)

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

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 d 1 и d 2 .

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.

Таблица 2

Обозначение

Определение

α

Угол между противоположными гранями на вершине пирамидального наконечника (136°)

F

Нагрузка (статическая сила), используемая при измерении, Н

D

Среднеарифметическое значение двух длин диагоналей d 1 и d 2 (рисунок 1), мм

HV

Примечание -

Число твердости по Виккерсу HV определяют по формуле

где k = 0,1891 - постоянная;

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

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.

Примечание - Процедура, которую можно использовать для периодического контроля твердомера, изложена в 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 (). 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

7.1 Измерение твердости можно проводить при температуре окружающей среды от 10ºС до 35ºС. Измерения проводят при температуре (23 ± 5)ºС

Таблица 3

Обозначение шкалы твердости

F , H

Обозначение шкалы твердости

Номинальное значение нагрузки

F , Н

Обозначение шкалы твердости

Номинальное значение нагрузки

F , H

HV 5

49,03

HV 0.2

1,961

HV 0,01

0,09807

HV 10

98,07

HV 0,3

2,942

HV 0,015

0,1471

HV 20

196,1

HV 0,5

4,903

HV 0,02

0,1961

HV 30

294,2

HV 1

9,807

HV 0,025

0,2452

HV 50

490,3

HV 2

19,61

HV 0,05

0,4903

HV 100

980,7

HV 3

29,42

HV 0,1

0,9807

Примечание - При необходимости могут использоваться 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 c .

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.

Примечание - 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 . 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 .

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 ;

Другой подход основывается на оценке неопределенности с использованием эталонной меры твердости -. Руководство по определению содержится в 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. , пояснение 4).

Методы оценки неопределенности приводятся в D.

9 Отчет об измерениях

Отчет об измерениях должен содержать следующую информацию:

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° 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 ; 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.

D сферического образца, на котором выполняют измерения.

Пример:

Диаметр сферического образца D -10 мм.

F = 98,07 Н.

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.

Таблица В.1 - Выпуклые сферические поверхности

d / D

Поправочный коэффициент

d / D

Поправочный коэффициент

0,004

0,995

0,086

0,920

0,009

0,990

0,093

0,915

0,013

0,985

0,100

0,910

0,018

0,980

0,107

0,905

0,023

0,975

0,114

0,900

0,028

0,970

0,122

0,895

0,033

0,965

0,130

0,890

0,038

0,960

0,139

0,885

0,043

0,955

0,147

0,880

0,049

0,950

0,156

0,875

0,055

0,945

0,165

0,870

0,061

0,940

0,175

0,865

0,067

0,935

0,185

0,860

0,073

0,930

0,195

0,855

0,079

0,925

0,206

0,850

Таблица В.2 - Вогнутые сферические поверхности

d / D

Поправочный коэффициент

d / D

Поправочный коэффициент

0,004

1,005

0,038

1,050

0,008

1,010

0,041

1,055

0,012

1,015

0,045

1,060

0,016

1,020

0,048

1,065

0,020

1,025

0,051

1,070

0,024

1,030

0,054

1,075

0,028

1,035

0,057

1,080

0,031

1,040

0,060

1,085

0,035

1,045

0,063

1,090

Окончание таблицы В.2

d / D

Поправочный коэффициент

d / D

Поправочный коэффициент

0,066

1,095

0,082

1,125

0,069

1,100

0,084

1,130

0,071

1,105

0,087

1,135

0,074

1,110

0,089

1,140

0,077

1,115

0,091

1,145

0,079

1,120

0,094

1,150

В.2 Цилиндрические поверхности

В таблицах В.3 - В.6 даны поправочные коэффициенты, когда измерения твердости выполняют на цилиндрических поверхностях.

Поправочные коэффициенты приводят для отношения средней длины диагоналей отпечатка к диаметру D цилиндрического образца, на котором выполняют измерения.

Пример:

Цилиндрический образец, одна из диагоналей отпечатка параллельна оси цилиндра D = 5 мм.

Средняя длина диагоналей отпечатка d = 0,415 мм.

F = 294,2 Н.

Твердость по Виккерсу =

Поправочный коэффициент получаем из таблицы В.6 = 1,075.

Твердость цилиндрического образца = 323 × 1,075= 347 HV 30.

Таблица В.3 - Выпуклые цилиндрические поверхности. Диагонали развернуты на 45° относительно оси цилиндра

d / D

Поправочный коэффициент

d / D

Поправочный коэффициент

0,009

0,995

0,119

0,935

0,017

0,990

0,129

0,930

0,026

0,985

0,139

0,925

0,035

0,980

0,149

0,920

0,044

0,975

0,159

0,915

0,053

0,970

0,169

0,910

0,062

0,965

0,179

0,905

0,071

0,960

0,189

0,900

0,081

0,955

0,200

0,895

0,090

0,950

0,100

0,945

0,109

0,940

Таблица В.4 - Вогнутые цилиндрические поверхности. Диагонали развернуты на 45° относительно оси цилиндра

d / D

Поправочный коэффициент

d / D

Поправочный коэффициент

0,009

1,005

0,082

1,050

0,017

1,010

0,089

1,055

0,025

1,015

0,097

1,060

0,034

1,020

0,104

1,065

0,042

1,025

0,112

1,070

0,050

1,030

0,119

1,075

0,058

1,035

0,127

1,080

0,066

1,040

0,134

1,085

0,074

1,045

0,141

1,090

Окончание таблицы В.4

d / D

Поправочный коэффициент

d / D

Поправочный коэффициент

0,148

1,095

0,189

1,125

0,155

1,100

0,196

1,130

0,162

1,105

0,203

1,135

0,169

1,110

0,209

1,140

0,176

1,115

0,216

1,145

0,183

1,120

0,222

1,150

Таблица В.5 - Выпуклые цилиндрические поверхности. Одна из диагоналей параллельна оси цилиндра

d / D

Поправочный коэффициент

d / D

Поправочный коэффициент

0,009

0,995

0,085

0,965

0,019

0,990

0,104

0,960

0,029

0,985

0,126

0,955

0,041

0,980

0,153

0,950

0,054

0,975

0,189

0,945

0,068

0,970

0,243

0,940

Таблица В.6 - Вогнутые цилиндрические поверхности. Одна из диагоналей параллельна оси цилиндра

d / D

Поправочный коэффициент

d / D

Поправочный коэффициент

0,008

1,005

0,087

1,080

0,016

1,010

0,090

1,085

0,023

1,015

0,093

1,090

0,030

1,020

0,097

1,095

0,036

1,025

0,100

1,100

0,042

1,030

0,103

1,105

0,048

1,035

0,105

1,110

0,053

1,040

0,108

1,115

0,058

1,045

0,111

1,120

0,063

1,050

0,113

1,125

0,067

1,055

0,116

1,130

0,071

1,060

0,118

1,135

0,076

1,065

0,120

1,140

0,079

1,070

0,123

1,145

0,083

1,075

0,125

1,150

Приложение С
(справочное)
Процедура периодического контроля твердомера в эксплуатации

Контроль твердомера следует проводить каждый день, когда он используется. Контролировать следует каждый уровень твердости и каждый диапазон или шкалу, на которых проводят измерения твердости.

Прежде чем провести контроль, твердомер должен быть поверен по мерам твердости (для каждого диапазона/шкалы и уровня твердости). Для этого следует нанести опорные отпечатки на эталонную меру твердости, калиброванную (поверенную) в соответствии с ИСО 6507-3. Результат измерений должен соответствовать значению, присвоенному мере при калибровке (поверке) с предельно допускаемой погрешностью по ИСО 6507-2, таблица 3. Если твердомер не удовлетворяет этим требованиям, должны быть предприняты действия для устранения несоответствия.

При проведении контроля следует сделать как минимум один отпечаток на эталонную меру твердости, откалиброванную в соответствии с ИСО 6507-3. Твердомер считают готовым к измерениям, если различие между средним значением (медианой) и числом твердости, присвоенным мере при калибровке (поверке), удовлетворяет предельно допустимой погрешности по ИСО 6507-2, таблица 5. Если не удовлетворяет, то необходимо провести калибровку твердомера по мерам твердости.

Эти результаты следует фиксировать в течение длительного периода времени для определения измерительных возможностей твердомера и отслеживания дрейфа настроек твердомера.

Приложение D
(справочное)
Неопределенность измерения твердости по Виккерсу

D .1 Общие требования

Косвенный метод вычисления неопределенности, о котором идет речь в настоящем приложении, касается неопределенности результата измерений твердости, связанной с измерительными возможностями твердомеров при калибровке эталонных мер твердости (CRM ). Вычисленная по этому методу неопределенность отражает совокупный эффект от всех источников неопределенности.

Косвенный метод не заменяет прямого метода оценки вклада отдельных источников неопределенности в суммарную неопределенность измерения твердости для твердомера. Косвенный метод рекомендуется для контроля твердомеров в период между поверками.

D .2 Алгоритм вычисления неопределенности

Алгоритм, предназначенный для вычисления неопределенности u l косвенным методом, приводится в таблице D .1. Расширенную неопределенность U получают умножением u l на коэффициент расширения k = 2. Таблица D .1 содержит всю необходимую для расчета информацию.

D .3 Отклонение твердомера на основе измерений по эталонной мере твердости

Отклонение b твердомера (которое часто именуют ошибкой) получают путем вычитания:

- среднего значения результатов измерений пяти отпечатков в процессе испытания твердомера по эталон ной мере твердости;

- значения, присвоенного эталонной мере твердости при калибровке.

На основе отклонения определяют поправку, которую вносят в результат измерения и которую учитывают при вычислении неопределенности.

D .4 Алгоритмы вычисления неопределенности

D .4.1 Процедура без использования статистики измерений по эталонной мере твердости (метод 1)

Метод 1 (М1) - это упрощенный метод, который не используют при расчете неопределенности.

В М1 ошибку определяют на основе допустимой погрешности твердомера относительно теоретической шкалы, которую используют для определения источника неопределенности u Е . При этом не предусматривается опре­деление поправки, которую следует вносить при измерениях.

(D .1)

При этом результат измерений следующий

(D .2)

D .4.2 Алгоритм, базирующийся на статистике измерений по эталонной мере твердости (метод 2)

В отличие от метода 1 (М1) использование метода 2 (М2) приводит к меньшим значениям неопределенности. Ошибка (отклонение) b (таблица D .1, этап 10) предположительно носит систематический характер. В рекомендовано вносить поправки в результат измерений для коррекции систематической ошибки. В М2 предполагается, что поправки определены, и тогда при вычислении неопределенности, если поправки включены в результат измерений, систематическую ошибку считают равной 0 либо U согг увеличивают на b . Алгоритм вычисления U corr объясняется в таблице D .1, а также см. , .

(D .3)

При этом результат измерения определяют в следующем виде

(D .4)

или

(D .5)

В зависимости оттого, включают ли отклонение (ошибку) в качестве поправки шкалы твердомера, используют одно или другое выражение для представления результата измерения.