Викерсова тврдост

Викерсова тврдост (Викерсова скала, тврдост по Викерс) — скала која ја изразува тврдоста на материјалите^[1]. Се смета за полесен начин на утврдување на тврдоста бидејќи пресметките се независни од големината на втиснувачот, а самиот втиснувач може да се примени врз секакви материјали без оглед на тврдоста. Како и кај другите испитувања, задачата целта е да се одреди во која мера материјалот е способен да се спротивстави на пластично изобличување под дејство на стандарден извор. Викерсовиот метод може да се примени врз сите метали и има мошне опсежна скала. Единицата со која се изразува тврдоста се нарекува Викерсов пирамидален број (HV) или дијаматска пирамидална тврдост (DPH). Овој број може да се претвори во паскали, иако самиот не е истоветен на притисокот, кој исто така се изразува со оваа единица. Бројот на тврдоста се определува од натисокот врз површината на вдлабнатината, а не местото нормално на силата, и затоа не изразува притисок.

Испитувањето е осмислено во 1921 г. од инженерите Роберт Смит и Џорџ Сендленд во британското претпријатие „Викерс“ како алтернатива на Бринеловиот метод.

Примена

Шема на Викерсовото испитување

Пирамидален дијамантски втиснувач за испитување по Викерс.

Вдлабнатина од испитување по Викерс во кален челик.

Предвидено е обликот на втиснувачот да може да прави геометриски слични втисоци, без оглед на големината; втисокот треба да има јасно утврдени мерни точки, а пак втиснувачот треба да биде многу отпорен на изобличување. За таа цел е избран дијамант во облик на пирамида со правоаголна основа. Пронајдено е дека идеалната големина на втисокот по Бринеловиот метод е ³⁄₈ од пречникот на топката. Аголот на втиснувачот е одреден според двете тангенти на кружницата околу тетива 3d/8 кои се сечат под агол од 136°, што дава агол од 22° кон хотизонталната рамнина за секоја страна. По пробен пат е утврдено дека овој агол дава постојано ист исход, при каков било натисок.^[2] HV-бројот се одредува по соодносот F/A, каде F е силата применета врз дијамантот во килопонди, а A е површината на добиената вдлабнатина во квадратни милиметри. A се добива со формулата.

A={\frac {d^{2}}{2\sin(136^{\circ }/2)}},

кое, пресметајќи го синусот, приближно дава,

A\approx {\frac {d^{2}}{1,8544}},

каде d е просечната должина на дијагоналата во втисокот, во милиметри. Оттука,^[3]

HV={\frac {F}{A}}\approx {\frac {1,8544F}{d^{2}}}\quad [{\textrm {kp/mm}}^{2}]

,

каде F е во килопонди (kp или кп), а d е во милиметри.

Соодветните единици за HV се килопонди на квадратен милиметар (кп/мм²). За да се пресмета бројот по СИ-единици, применетата сила се претвора од њутни во килопонди делејќи ја со 9,806 65 (стандардна тежа). СО ова ја добивамеравенката:^[4]

HV\approx {0,1891}{\frac {F}{d^{2}}}\quad [{\textrm {N/mm}}^{2}],

каде F е во N, а d е во милиметри.

Викерсовиот број се претвора во СИ-единици со множење на килопондите на квадратен милиметар (кп/мм²) со стандардната тежа (9,806 65). Тоа ни ја дава тврдоста во мегапаскали (MPa или N/мм²), што потоа се дели на 1000 за да добиеме гигапаскали (GPa).

Твроста по Викерс се бележи во обликот xxxHVyy (на пр. 440HV30) или со xxxHVyy/zz ако времетраењето на стисокот не е 10 до 15 секунди. Пример би било 440HV30/20, каде:

440 е бројот на тврдоста,
HV е скалата (Викерс),
30 е натисокот во килопонди.
20 е траењето на стисокот, доколку не е 10 до 15 секунди

Вредностите не зависат од тоа колку сила се применува брз материјалот и излегуваат исто како за 500 грама-сила, така и за 50 килограми-сила, под услов натисокот да има барем 200 грама-сила.^[5]

Примери за HV-вредности на разни материјали^[6]
Материјал	Вредност
Не’рѓосувачки челик 316L	140HV30
Не’рѓосувачки челик 347L	180HV30
Јаглероден челик	55–120HV5
Железо	30–80HV5
Мартензит	1000HV
Дијамант	10000HV

Напомени

Примероците за испитување треба да бидат со дебелина барем 2,5 пати од пречникот на предвидената вдлабнатина, во спротивно се јавува мешање на подлогата. Доколку нема друг избор, се намалува длабочината на втисокот, и тоа:

h={\frac {d}{2\tan {\frac {\theta }{2}}}}\approx {\frac {d}{4,950174}},

Водно, постои стандард за растојание од еден до друг втисок, со цел да се избегне влијание изменетата околна површина.

Проценување на затезна цврстина

Доколку HV е изразен во кг/мм², тогаш јачината на попуштање на материјалот (во MPa) може да се добие според $σ u$ ≈ HV× $c$ ≈ HV/0,3, каде $c$ е неменливо (обично од 2 до 4), предодреднео од геометриски чинители.^[7]

Стандарди

Македонски стандард

Поврзано

Наводи

↑ R.L. Smith & G.E. Sandland, "An Accurate Method of Determining the Hardness of Metals, with Particular Reference to Those of a High Degree of Hardness," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Vol. I, 1922, p 623–641.
↑ The Vickers Hardness Testing Machine Архивирано на 23 октомври 2016 г.. UKcalibrations.co.uk. посет. 3 јуни 2016 г.
↑ ASTM E384-10e2
↑ ISO 6507-1:2005(E)
↑ Vickers Test Архивирано на 21 октомври 2014 г.. Instron.
↑ Smithells Metals Reference Book, 8th Edition, ch. 22
↑ „Hardness“. matter.org.uk.

Надворешни врски

Испробување на тврдоста по Викерс — YouTube
Таблица за претворање на тврдости — Викерс, Бринел и Роквел

[1] R.L. Smith & G.E. Sandland, "An Accurate Method of Determining the Hardness of Metals, with Particular Reference to Those of a High Degree of Hardness," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Vol. I, 1922, p 623–641.

[2] The Vickers Hardness Testing Machine Архивирано на 23 октомври 2016 г.. UKcalibrations.co.uk. посет. 3 јуни 2016 г.

[3] ASTM E384-10e2

[4] ISO 6507-1:2005(E)

[5] Vickers Test Архивирано на 21 октомври 2014 г.. Instron.

[6] Smithells Metals Reference Book, 8th Edition, ch. 22

[7] „Hardness“. matter.org.uk.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]