Измерение твердости металлов

Способность материала сопротивляться вдавливанию в его поверхностные слои другого недеформирующегося при испытании тела, характеризует твердость материала.

Вдавливаемое тело называется индентором и, в зависимости от метода измерения твердости и самого материала, может иметь форму шара, конуса или пирамиды. В качестве материала для сферических инденторов применяется сталь или твердый сплав, а также алмаз для конических или пирамидальных инденторов.

Особенности измерения твердости

После вдавливания индентора, которое происходит с определенной нагрузкой в течение 5-15 секунд, на материале остается отпечаток, по площади которого рассчитывается значение твердости. В связи с этим к поверхности испытываемого образца предъявляются особые требования: минимальная шероховатость и отсутствие окислов, плоскопараллельность измеряемого сечения и основания образца, отсутствие термических воздействий и наклепа после пробоподготовки. В процессе вдавливания индентора металл деформируется, создавая вокруг точки приложения нагрузки зону повышенных напряжений, поэтому важно соблюдать минимально допустимую дистанцию между отпечатками во избежание ошибочных завышенных результатов. То же касается и измерений твердости у края образца, но результаты в этом случае могут быть ниже реальных.

Методы твердометрии

В основе множественных методов измерения твердости лежат одни и те же принципы, но, в зависимости от поставленной задачи и исследуемого материала, различаются по видам используемых инденторов.

Нанесение отпечатка индентора на полированную поверхность образца

Измерение твердости как метод металлографического исследования

Определение твердости материала является не только одним из стандартных механических испытаний входного или сдаточного контроля металла, но и инструментом металлографического анализа.

Так по изменению микротвердости можно установить глубину упрочненного или обезуглероженного слоя, оценить структурную неоднородность по толщине листового проката. В случае сложных дисперсных структур после закалки значение твердости позволит установить была ли проведена процедура отпуска материала.

Оценка глубины слоя после цементации

Перепады микротвердости в зоне ликвационной полосы листового проката

Еще одной важной особенностью измерения твердости является прямая связь ее значений с прочностью металла. Поэтому этот метод испытаний широко применяется при оценке прочностных характеристик деталей и механизмов, находящихся в эксплуатации (например, участки действующих трубопроводов). Для этого созданы специальные портативные твердомеры ультразвукового или динамического принципа действия, требующие минимальной подготовки поверхности.

Источник

Что такое микротвердость металла

Твердость – это способность материала сопротивляться упругой и пластической деформации при внедрении в него более твердого тела (индентора). Т.е. фактически твердость – это тест на вдавливание.

При этом мы определяем, как глубоко проник индентор в материал. Ну а для того, чтобы вычислить значение твердости, надо измерить величину проникновения этого более твердого тела в менее твердое тело (твердость которого мы определяем).
На лабораторных работах мы «проходим» методы Роквелла и Бринелля, реже – Виккерса. В методе Роквелла непосредственно определяют глубину проникновения индентора. В методе Бринелля и Виккерса определяют площадь поверхности отпечатка – чем глубже проник индентор, тем площадь поверхности отпечатка больше.

В принципе, можно измерять твердость практически любых материалов – металлов, минералов, пластмасс, и т.д. Следует только помнить, что для каждого материала используют свой метод определения твердости.
Помимо вида материала способ измерения твердости определяется тем, что именно надо определить. Если надо знать твердость материала «в общем» (усредненно), то надо использовать методы, при которых отпечаток большой, когда под индентор попадает как можно больше материала. Например, чугун имеет неоднородную структуру – там присутствует феррит, перлит, графит, цементит. Поэтому твердость чугуна – это усредненная величина, которая складывается из твердости всех этих структурных составляющих. Твердость чугуна измеряют по методу Бринелля, где используется большой индентор – шарик из твердого сплава. Отпечаток при этом получается большой, он покрывает большую площадь образца, значит мы получим значение твердости чугуна, усредненное по площади, которое является средним по разным фазам.Твердость по Бринеллю пригодна для неоднородных или не очень твердых материалов, например для чугуна, сплавов цветных металлов – алюминия, меди и пр. По Бринеллю можно измерить твердость некоторых пластмасс.

Для твердых материалов используют измерение твердости по Роквеллу. Там тоже происходит усреднение значения твердости. Используется индентор в виде стального конуса или стального шарика, а также алмазная пирамида. Отпечаток по Роквеллу тоже большой, число твердости тоже является средним по разным фазам; в некоторых случаях можно измерить твердость чугуна по Роквеллу шариком (рис.1). На рис.2 показаны отпечатки инденторов Роквелла – шарика (рис.2,а) и алмазной пирамиды (рис.2,б ) в темном поле. Поскольку в темном поле освещены именно наклонные поверхности, то хорошо видно, какую форму имел индентор. Пирамида имеет трехгранную форму. То, что отпечаток имеет наклонные стенки, хорошо видно при большем увеличении- в темном поле на отпечатке пирамиды виден муаровый узор (рис.3).

а	б

а	б

Рисунок 2. Отпечатки индентора твердомера Роквелла: а – шарик, б- алмазная пирамида.

Рисунок 3. Муаровый узор при освещении отпечатка пирамиды (Роквелл) по методу темного поля.

Кстати, не следует забывать, что принципы измерения твердости по Роквеллу и Бринеллю различаются: Бринелль представляет собой частное от деления усилия вдавливания на площадь отпечатка, а Роквелл – отношение глубины проникновения индентора к единице деления шкалы прибора, который измеряет эту глубину (поэтому твердость по Роквеллу безразмерная, а по Бринеллю – измеряется в кг/мм 2 ).

Что делать, если образец очень мал или нам надо измерить твердость объекта меньшей величины, чем величина отпечатка индентора Бринелля или Роквелла? Для этого используются методы микротвердости.Один из них – метод Виккерса. В качестве индентора используется алмазная пирамида, а измеряют величину отпечатка с помощью оптической системы, подобной микроскопу, т.к. отпечаток «захватывает» определенное количество зерен материала. Твердость по Виккерсу тоже дает усредненное значение твердости, но по сравнению с твердостью по Бринеллю или Роквеллу это усреднение берется по гораздо меньшей площади. Твердость по Виккерсу позволяет оценить вклад границ зерен в значение твердости, т.е. показать связь твердости и величины зерна. Отпечаток твердомера Виккерса показан на рис.4 в светлом и темном поле. Его размер по диагонали составляет порядка 300 мкм, т.е. намного больше размера зерна в обычных сплавах.

а	б

Рисунок 4. Отпечатки твердости по Виккерсу в светлом (а) и темном (б) поле.

а	б

Рисунок 6. Отпечатки индентора микротвердомера при измерении микротвердости тонкого слоя, полученного воздействием компрессионной плазмы.

Можно определить микротвердость отдельного зерна (рис.7). Отпечаток индентора при этом меньше размера зерна.

а	б

Рисунок 7. Определение микротвердости зерна бронзы БрБ2 (Cu-2% Be).

В металловедении определяют твердость и микротвердость металлов. В материаловедении также определяют твердость и микротвердость неметаллических материалов. На рис.8 продемонстрировано определение микротвердости политетрафторэтилена. Отпечаток (полученный при небольшой нагрузке) хорошо виден (рис.8,а). При повышении увеличения можно рассмотреть отпечаток в деталях (рис.8,б). Кстати, отпечатки на рис.7 и 8 вогнутые, чего не наблюдается, скажем, на рис.5. Сама пирамида имеет правильную форму, значит изменение геометрии отпечатка – это уже реакция материала после снятия нагрузки. Если стороны отпечатка вогнутые, значит материал стремится вернуть себе сплошность в месте внедрения индентора. Значит, в материале работают напряжения сжатия.

а	б

Рисунок 8. Отпечатки индентора микротвердомера на поверхности политетрафторэтилена.

Рисунок 9. Отпечатки инденторов Бринелля, Роквелла, микротвердомера

а	б

Источник

Микротвёрдость

Измерение микротвёрдости

Измерение микротвёрдости относится к микромеханическим испытаниям, которые были разработаны для металлографических исследований свойств отдельных структурных составляющих сплавов.

Метод измерения микротвердости при металлографических исследованиях во многих случаях позволяет получить результаты, недостижимые при макроскопических механических испытаниях. Например, измерения микротвердости и участков с мартенситной структурой, возникших на месте зерен перлита в стали после действия световых импульсов лазера, показали, что их твердость почти в полтора раза выше, чем твердость стали после обычной закалки в воде. Этот эффект, имеющий большое научное и практическое значение, связан с тем, что нагрев и охлаждение металла при лазерной обработке происходит со скоростями в тысячи раз большими, чем при обычной закалке.

Для измерения микротвёрдости фазовых структурных составляющих и для получения распределения микротвёрдости по толщине химико-термически обработанных слоев в наше время применяют программы анализа микротвёрдости. Примером такой программы является анализатор микротвёрдости ImageExpert TM MicroHardness 2. При необходимости проведения множественных измерений микротвёрдости производительность может быть существенно повышена за счёт автоматизации аппаратно-программного комплекса. Процесс нанесения серии отпечатков в этом случае происходит полностью автоматически, а по окончании программный модуль вернёт оператора в исходную точку испытания и проведёт пользователя последовательно по каждому отпечатку для их сохранения и последующего измерения.

Автор: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Источник

Микротвердость

Смотреть что такое «Микротвердость» в других словарях:

микротвердость — микротвердость … Орфографический словарь-справочник

Микротвердость — – твердость отдельных участков микроструктуры материала. [Блюм Э. Э. Словарь основных металловедческих терминов. Екатеринбург 2002] Микротвердость – твердость материала, определяемая вдавливанием индентора типа Виккерса или Кнупа в… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

МИКРОТВЕРДОСТЬ — твердость отдельных участков материала. Определяется размерами отпечатка от вдавливания алмазной пирамиды при определенной нагрузке … Большой Энциклопедический словарь

микротвердость — сущ., кол во синонимов: 2 • микротвёрдость (1) • твердость (46) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

МИКРОТВЕРДОСТЬ — тв. материала в микроскопически малых объемах: является одной из немногих количественных констант рудных м лов. Приборы, на которых она измеряется, наз. микротвердометрами. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н.… … Геологическая энциклопедия

микротвердость — Твердость материала, определяемая вдавливанием индентора типа Виккерса или Кнупа в поверхность материала под небольшой нагрузкой; обычно отпечатки настолько малы, что они должны измеряться с помощью микроскопа. Возможно определение твердостей… … Справочник технического переводчика

микротвердость — Термин микротвердость Термин на английском microhardness Синонимы Аббревиатуры Связанные термины индентирование при ползучести, индентор, нанотрибология Определение твёрдость отдельных участков микроструктуры материала. Описание Микротвёрдость… … Энциклопедический словарь нанотехнологий

Микротвердость — Microhardness Микротвердость. Твердость материала, определяемая вдавливанием индентора типа Виккерса или Кнупа в поверхность материала под небольшой нагрузкой; обычно отпечатки настолько малы, что они должны измеряться с помощью микроскопа.… … Словарь металлургических терминов

МИКРОТВЕРДОСТЬ — сопротивление пластическому вдавливанию индентора, обычно пирамиды из алмаза. Микротвердость характеризует свойства отдельных структурных составляющих, тонких поверхностных слоев, фольги, а также хрупких тел (стекол, эмалей и др.), которые… … Металлургический словарь

микротвердость — mikrokietis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Atskirų paviršiaus vietų kietis. atitikmenys: angl. micro hardness; microhardness vok. Mikrohärte, f rus. микротвердость, f pranc. microdureté, f … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

микротвердость — mikrokietis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Metalinio gaminio kietis, išmatuotas esant mažesnei kaip 1,96 N apkrovai. atitikmenys: angl. micro hardness; microhardness vok. Mikrohärte, f rus. микротвердость, f pranc.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Источник

Микротвердость

Микротвердость – твердость отдельных участков микроструктуры материала.

[Блюм Э. Э. Словарь основных металловедческих терминов. Екатеринбург 2002]

Микротвердость – твердость материала, определяемая вдавливанием индентора типа Виккерса или Кнупа в поверхность материала под небольшой нагрузкой; обычно отпечатки настолько малы, что они должны измеряться с помощью микроскопа. Возможно определение твердостей различных микросоставляющих частей в пределах структуры или изменяющихся градиентов твердости.

[Металлы и сплавы. Справочник. Под редакцией Ю. П. Солнцева; НПО “Профессионал”, НПО “Мир и семья”; Санкт-Петербург, 2003 г.]

Микротвердость – твердость локальных участков изделия (материала);

определяется размерами отпечатка от вдавливания твердого индентора, обычно алмазной пирамиды, при определенной нагрузке.

[Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ им. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.]

Рубрика термина: Общие термины

Полезное

Смотреть что такое «Микротвердость» в других словарях:

микротвердость — микротвердость … Орфографический словарь-справочник

МИКРОТВЕРДОСТЬ — твердость отдельных участков материала. Определяется размерами отпечатка от вдавливания алмазной пирамиды при определенной нагрузке … Большой Энциклопедический словарь

микротвердость — сущ., кол во синонимов: 2 • микротвёрдость (1) • твердость (46) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

МИКРОТВЕРДОСТЬ — тв. материала в микроскопически малых объемах: является одной из немногих количественных констант рудных м лов. Приборы, на которых она измеряется, наз. микротвердометрами. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н.… … Геологическая энциклопедия

микротвердость — Твердость материала, определяемая вдавливанием индентора типа Виккерса или Кнупа в поверхность материала под небольшой нагрузкой; обычно отпечатки настолько малы, что они должны измеряться с помощью микроскопа. Возможно определение твердостей… … Справочник технического переводчика

микротвердость — Термин микротвердость Термин на английском microhardness Синонимы Аббревиатуры Связанные термины индентирование при ползучести, индентор, нанотрибология Определение твёрдость отдельных участков микроструктуры материала. Описание Микротвёрдость… … Энциклопедический словарь нанотехнологий

Микротвердость — Microhardness Микротвердость. Твердость материала, определяемая вдавливанием индентора типа Виккерса или Кнупа в поверхность материала под небольшой нагрузкой; обычно отпечатки настолько малы, что они должны измеряться с помощью микроскопа.… … Словарь металлургических терминов

МИКРОТВЕРДОСТЬ — сопротивление пластическому вдавливанию индентора, обычно пирамиды из алмаза. Микротвердость характеризует свойства отдельных структурных составляющих, тонких поверхностных слоев, фольги, а также хрупких тел (стекол, эмалей и др.), которые… … Металлургический словарь

микротвердость — mikrokietis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Atskirų paviršiaus vietų kietis. atitikmenys: angl. micro hardness; microhardness vok. Mikrohärte, f rus. микротвердость, f pranc. microdureté, f … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

микротвердость — mikrokietis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Metalinio gaminio kietis, išmatuotas esant mažesnei kaip 1,96 N apkrovai. atitikmenys: angl. micro hardness; microhardness vok. Mikrohärte, f rus. микротвердость, f pranc.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Источник