V oblasti materiálovej vedy a inžinierstva je skúška tvrdosti základným a rozhodujúcim postupom. Poskytuje cenné poznatky o odolnosti materiálu voči deformácii, čo je nevyhnutné pre posúdenie jeho vhodnosti pre rôzne aplikácie. Skúška tvrdosti podľa Vickersa je jednou z najpoužívanejších metód vďaka vysokej presnosti a všestrannosti. Kľúčovým faktorom pri testovaní tvrdosti podľa Vickersa je uhol indentora, ktorý výrazne ovplyvňuje výsledky testu a celkové pochopenie vlastností materiálu. Ako dodávateľ testovacieho stroja Vickers sa dobre vyznáme v nuansách tejto testovacej metódy a v úlohe indentorového uhla.
Základy testovania tvrdosti podľa Vickersa
Testovanie tvrdosti podľa Vickersa zahŕňa zatlačenie štvorcového pyramídového indentora do povrchu testovaného materiálu pod špecifickým zaťažením. Po nastavenom čase zotrvania sa záťaž odstráni a zmeria sa veľkosť priehlbiny, ktorá zostala na povrchu materiálu. Vickersovo číslo tvrdosti (HV) sa vypočíta podľa nasledujúceho vzorca:
[HV = \frac{1,8544F}{d^{2}}]
kde (F) je aplikované zaťaženie v kilogramoch - sila (kgf) a (d) je priemerná dĺžka dvoch uhlopriečok štvorcového prehĺbenia v milimetroch.
Štandardný uhol indentoru pri testovaní podľa Vickersa
Štandardný indentor používaný pri testovaní tvrdosti podľa Vickersa má štvorcový pyramídový tvar s čelným uhlom (136^{\circ}). Tento špecifický uhol bol zvolený z niekoľkých dôvodov. Po prvé, umožňuje to, aby sa na testovanom materiáli vytvoril pomerne veľký a dobre definovaný zárez. Veľké vrúbkovanie sa ľahšie presne zmeria, čím sa zníži chyba merania. Po druhé, uhol (136^{\circ}) poskytuje dobrú rovnováhu medzi hĺbkou prieniku a veľkosťou priehlbiny. Táto rovnováha zaisťuje, že test možno aplikovať na širokú škálu materiálov, od mäkkých polymérov po tvrdé kovy a keramiku.
Vplyv uhla vsadenia na geometriu vsadenia
Uhol indentora má priamy vplyv na geometriu vtlačenia vytvoreného na povrchu materiálu. Menší uhol vsadenia bude mať za následok plytšie a predĺžené vrúbkovanie, zatiaľ čo väčší uhol vsadenia vytvorí hlbšie a viac štvorcové vrúbkovanie.
Keď sa uhol indentora zníži, vtlačenie sa predĺži, pretože indentor preniká materiálom pod šikmejším uhlom. To môže viesť k ťažkostiam pri presnom meraní uhlopriečok vtlačenia, najmä pri materiáloch s nehomogénnymi mikroštruktúrami. Na rozdiel od toho väčší uhol indentora vytvára pravidelnejšie a symetrickejšie prehĺbenie, ktoré sa ľahšie presne zmeria.
Vplyv na meranie tvrdosti
Uhol indentora tiež ovplyvňuje vypočítané číslo tvrdosti podľa Vickersa. Menší uhol indentora môže viesť k nadhodnoteniu hodnoty tvrdosti. Je to preto, že plytšie vtlačenie vytvorené menším - uhlovým indentorom nemusí plne reprezentovať objemové vlastnosti materiálu. Materiál v blízkosti povrchu môže byť ovplyvnený faktormi, ako je drsnosť povrchu, opracovanie - kalenie alebo prítomnosť tenkej vrstvy oxidu. V dôsledku toho môže byť odolnosť proti deformácii meraná plytším vtlačením vyššia ako skutočná objemová tvrdosť materiálu.
Na druhej strane, väčší uhol indentora vo všeobecnosti poskytuje presnejšiu reprezentáciu objemovej tvrdosti materiálu. Hlbšie vtlačenie vytvorené väčším - uhlovým indentorom je menej ovplyvnené povrchovými efektmi a je pravdepodobnejšie, že odoberie väčší objem materiálu. Ak je však uhol indentora príliš veľký, vtlačenie môže byť príliš veľké, čo spôsobí nadmernú deformáciu materiálu a potenciálne ovplyvní integritu skúšobnej vzorky.
Vplyv na rôzne typy materiálov
Vplyv uhla indentora na testovanie tvrdosti podľa Vickersa sa líši v závislosti od typu testovaného materiálu.
Kovy
V kovoch zvyčajne postačuje štandardný (136^{\circ}) uhol indentora na získanie spoľahlivých výsledkov tvrdosti. Kovy majú zvyčajne relatívne homogénnu mikroštruktúru a štandardný indentor môže preniknúť do materiálu do hĺbky, ktorá presne odráža objemovú tvrdosť. Pre niektoré kovy s veľmi jemnou štruktúrou zrna alebo vysokým stupňom opracovania - kalenia v blízkosti povrchu sa však na meranie tvrdosti povrchovej vrstvy môže použiť menší uhol indentora. Napríklad pri štúdiu tenkých kovových povlakov sa môže použiť menší - uhlový indentor, aby sa zabránilo vplyvu materiálu substrátu.
Keramika
Keramika je krehký materiál a uhol indentora môže mať významný vplyv na výsledky testovania. Menší uhol indentora môže spôsobiť praskanie okolo priehlbiny v dôsledku vysokej koncentrácie napätia na hrote indentora. Toto praskanie môže viesť k nepresným meraniam tvrdosti. Preto sa pre keramické materiály často uprednostňuje väčší uhol indentora, aby sa napätie rozložilo rovnomernejšie a znížila sa pravdepodobnosť prasknutia.
Polyméry
Polyméry sú mäkké a viskoelastické materiály. Menší uhol vtláčania môže viesť k výraznejšej viskoelastickej odozve počas procesu vtláčania. Materiál môže obtekať vrúbkovač, čo sťažuje získanie dobre definovaného zárezu. Väčší uhol vsadenia môže pomôcť minimalizovať viskoelastické účinky a poskytnúť stabilnejšie vtlačenie pre presné meranie tvrdosti.
Naše testovacie stroje Vickers a uhol indentoru
Ako dodávateľ Vickers Testing Machine chápeme dôležitosť uhla indentora pri testovaní tvrdosti. nášStroj na testovanie tvrdosti Micro Vickersje navrhnutý tak, aby poskytoval presné a spoľahlivé merania tvrdosti. Je vybavený vysoko presným indentorom so štandardným (136^{\circ}) uhlom, ktorý zaisťuje, že vtlačok vytvorený na testovanom materiáli je dobre definovaný a ľahko sa meria.
Okrem toho nášKnoopov tvrdomerzohľadňuje aj vplyv geometrie indentora. Indentor Knoop má predĺžený pyramídový tvar so špecifickým uhlom, ktorý je vhodný na testovanie tenkých vrstiev a krehkých materiálov, kde štandardný indentor Vickers nemusí byť vhodný.
nášDigitálny displej na testovanie tvrdosti Vickers s nízkym zaťaženímponúka flexibilitu pri aplikácii záťaže a výbere indentora. To umožňuje užívateľom vybrať si najvhodnejšie testovacie parametre na základe typu materiálu a špecifických požiadaviek testu.
Záver a výzva na akciu
Uhol indentora hrá kľúčovú úlohu pri testovaní tvrdosti podľa Vickersa. Ovplyvňuje geometriu vtlačenia, presnosť merania tvrdosti a vhodnosť testu pre rôzne typy materiálov. Ako dodávateľ testovacích strojov Vickers sme sa zaviazali poskytovať vysokokvalitné testovacie zariadenia, ktoré zohľadňujú tieto faktory, aby sa zabezpečili presné a spoľahlivé výsledky.
Ak sa zaoberáte výskumom materiálov, kontrolou kvality alebo inou oblasťou, ktorá vyžaduje testovanie tvrdosti, pozývame vás, aby ste nás kontaktovali pre viac informácií o našich testovacích strojoch Vickers. Náš tím odborníkov je pripravený pomôcť vám pri výbere najvhodnejšieho vybavenia pre vaše špecifické potreby. Či už testujete kovy, keramiku, polyméry alebo iné materiály, máme riešenie, ktoré splní vaše požiadavky.
Referencie
- ASTM E92 - 17, Štandardné skúšobné metódy pre tvrdosť podľa Vickersa a tvrdosť podľa Knoopa kovových materiálov.
- ISO 6507 – 1:2018, Kovové materiály – Vickersova skúška tvrdosti – Časť 1: Skúšobná metóda.
- Callister, WD a Rethwisch, DG (2018). Materiálová veda a inžinierstvo: Úvod. Wiley.