Tvrdoća po Vikersu (oznaka: HV) je mera otpornosti koju neki materijal pruža prodiranju dijamantne četverostrane piramide s vršnim uglom od 136º, opterećene silom F (N).[1] Taj je vršni ugao odabran prema čeličnoj kuglici prečnika D (mm), koja se koristi kod ispitivanja tvrdoće po Brinelu, a ostavlja udubljenje prečnika d = 0,375 D (to odgovara prosečnoj vrednosti donje i gornje granice prečnika udubljenja, koje se kreće od 0,25 do 0,5 prečnika kuglice D, unutar kojih su upotrebljivi rezultati ispitivanja tvrdoće po Brinelu). Udubljenje piramide daje kvadrat na površini uzorka, ali zbog netačnosti rada, nesavršenosti uzorka i sličnog (često je kvadrat iskrivljen), mere se obe dijagonale kvadrata (d1 i d2) i uzima se srednja vrednost dijagonale d. Zbog toga se rezultati ispitivanja tvrdoće po Brinelu i tvrdoće po Vikersu dobro podudaraju do 4500 N/mm2.[2]

Prikaz ispitivanja tvrdoće po Vikersu.
Zbog netačnosti rada, nesavršenosti uzorka i sličnog (često je kvadrat iskrivljen), mere se obe dijagonale kvadrata (d1 i d2) i uzima se srednja vrednost dijagonale d.
Uređaj za ispitivanje tvrdoće po Vikersu.

Tvrdoća po Vikersu je razvijena u preduzeću Vikers Ltd., kao zamena za ispitivanja tvrdoće po Brinelu. Tvrdoća po Vikersu (oznaka: HV) iskazuje se kao naprezanje na površini udubljenja:

HV = F / A

gde je: A – površina udubljenja dijamantne četverostrane piramide (mm2), F – pritisna sila utiskivanja (N). Površina udubljenja dijamantne četverostrane piramide se može izračunati:

ili približno:

gde je d - srednja vrednost dijagonale d = (d1 + d2) / 2. Iz toga proizlazi:

gde je: F - pritisna sila utiskivanja (N).

Ograničenja

уреди

Ograničenja za ispitivanja tvrdoće po Vikersu su: [3]

  • debljina uzorka treba biti barem 8 puta veća od dubine utisnute dijamantne četvorostrane piramide,
  • trajanje povećanja sile do konačne vrednosti iznosi 15 sekundi, a njeno delovanje traje 30 ili više sekundi,
  • sila nije ograničena, a ona je retko veća od 1000 N (100 kg), a ponekad je i vrlo mala, svega nekoliko mN.

Zbog toga se nekad ispitivanje tvrdoće po Vikersu označava oznakom xxxHVyy, kao na primer 440HV30, ili xxxHVyy/zz, ako se trajanje sile razlikuje (na primer od 10 s na 15 s, te je oznaka 440Hv30/20). Vrednosti znače:

  • 440 – vrednost tvrdoće po Vikersu (4400 N/mm2),
  • HV – oznaka tvrdoće po Vikersu,
  • 30 – označava vrjednost sile u kilogramima: 30 kg (294 N).
  • 20 - označava trajanje sile ako se razlikuje od 10 s na 15 s.
Primeri vrednosti HV za različite materijale:[4]
Materijal Vrednost
316L nerđajući čelik 140HV30
347L nerđajući čelik 180HV30
Ugljenični čelik 55–120HV5
Željezo 30–80HV5

Ograničenja ispitivanja vezano za rub uzorka

уреди

Kod ispitivanja tvrdoće po Vikersu treba paziti na udaljenost između utisnute četverostrane piramide i ruba uzorka, da se izbegne uticaj rubova na tvrdoću uzorka. Najmanje udaljenosti za merenje se mogu naći u standardima ISO 6507-1 i ASTM E384.

Standard Najmanja udaljenost između otisaka Najmanja udaljenost od centra otiska do ruba uzorka
ISO 6507-1 > 3·d za čelik i bakarne legure i > 6·d za lagane metale 2.5·d čelik i bakarne legure i > 3·d za lagane metale
ASTM E384 2.5·d 2.5·d

Prednosti i nedostaci

уреди

Vikers je svojom metodom uklonio glavne nedostatke Brinelove metode, te je primenom ove metode moguće meriti i najtvrđe materijale. Ovdje tvrdoća nije zavisna od primenjene sile. Prvi nedostatak uklonjen je primenom najtvrđeg materijala: dijamanta za utiskivač, a drugi geometrijom utiskivanja. Otisak je vrlo malen, te ne oštećuje površinu (važno pri merenju tvrdoće gotovih proizvoda). Moguće je meriti i vrlo tanke uzorke primenom male sile. Nadalje upotrebom male sile moguće je meriti tvrdoću pojedinih kristalnih zrna. Vikersova metoda jedina je primenjiva u naučno - istraživačkom radu na području materijala.[5]

Nedostatak je što osim finog brušenja, potrebno je i poliranje uzoraka, kao što se to radi u metalografskoj pripremi. Za merenje veličine otiska nije dovoljno pomično merilo kao kod Brinela, već merni mikroskop.

Poređenje raznih postupaka ispitivanja tvrdoće

уреди

Postoje razni postupci za ispitivanja tvrdoće, a ponekad i nije moguće sasvim tačno uporediti rane postupke, tako da sledeća tabela daje približne vrednosti, da bi se vrednosti mogle uporediti:

Tvrdoća po Brinelu
(10 mm kuglica, 3000 kg sila)
Tvrdoća po Vikersu HV
(120 kg)
Tvrdoća po Rokvelu HRC
(120º stožac, 150 kg)
Tvrdoća po Rokvelu HRB
(1,5875 mm kuglica, 100 kg)
Lib HLD[6]
800 - 72 - 857
780 1220 71 - 850
760 1170 70 - 843
745 1114 68 - 837
725 1060 67 - 829
712 1021 66 - 824
682 940 65 - 812
668 905 64 - 806
652 867 63 - 799
626 803 62 - 787
614 775 61 - 782
601 746 60 - 776
590 727 59 - 770
576 694 57 - 763
552 649 56 - 751
545 639 55 - 748
529 606 54 - 739
514 587 53 120 731
502 565 52 119 724
495 551 51 119 719
477 534 49 118 709
461 502 48 117 699
451 489 47 117 693
444 474 46 116 688
427 460 45 115 677
415 435 44 115 669
401 423 43 114 660
388 401 42 114 650
375 390 41 113 640
370 385 40 112 635
362 380 39 111 630
351 361 38 111 621
346 352 37 110 617
341 344 37 110 613
331 335 36 109 605
323 320 35 109 599
311 312 34 108 588
301 305 33 107 579
293 291 32 106 572
285 285 31 105 565
276 278 30 105 557
269 272 29 104 550
261 261 28 103 542
258 258 27 102 539
249 250 25 101 530
245 246 24 100 526
240 240 23 99 521
237 235 23 99 518
229 226 22 98 510
224 221 21 97 505
217 217 20 96 497
211 213 19 95 491
206 209 18 94 485
203 201 17 94 482
200 199 16 93 478
196 197 15 92 474
191 190 14 92 468
187 186 13 91 463
185 184 12 91 461
183 183 11 90 459
180 177 10 89 455
175 174 9 88 449
170 191 7 87 443
167 168 6 87 439
165 165 5 86 437
163 162 4 85 434
160 159 3 84 430
156 154 2 83 425
154 152 1 82 423
152 150 - 82 420
150 149 - 81 417
147 147 - 80 413
145 146 - 79 411
143 144 - 79 408
141 142 - 78 405
140 141 - 77 404
135 135 - 75 397
130 130 - 72 390
114 120 - 67 365
105 110 - 62 350
95 100 - 56 331
90 95 - 52 321
81 85 - 41 300
76 80 - 37 287

Poređenje s Mosovom lestvicom

уреди

Poređenje Mosove lestvice s tvrdoćom po Vikersu:[7]

Mineral
(naziv)
Mosova tvrdoća Tvrdoća po Vikersu (HV)
kg/mm2
Grafit 1 – 2 VHN10 = 7 – 11
Kalaj 1,5 VHN10 = 7 – 9
Bizmut 2 – 2,5 VHN100 = 16 – 18
Zlato 2,5 VHN10 = 30 – 34
Srebro 2,5 VHN100 = 61 – 65
Kalkocit 2,5 – 3 VHN100 = 84 – 87
Bakar 2,5 – 3 VHN100 = 77 – 99
Olovni sjajnik (galenit) 2,5 VHN100 = 79 – 104
Sfalerit 3,5 – 4 VHN100 = 208 – 224
Hezlevodit 4 VHN100 = 230 – 254
Karolit 4,5 – 5,5 VHN100 = 507 – 586
Getit 5 – 5,5 VHN100 = 667
Hematit 5 – 6 VHN100 = 1000 – 1100
Hromit 5,5 VHN100 = 1278 – 1456
Anatas 5,5 – 6 VHN100 = 616 – 698
Rutil 6 – 6,5 VHN100 = 894 – 974
Pirit 6 – 6,5 VHN100 = 1505 – 1520
Boveit 7 VHN100 = 858 – 1288
Euklas 7,5 VHN100 = 1310
Hrom 8,5 VHN100 = 1875 – 2000

Vidi još

уреди

Reference

уреди
  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, pp. 623–641.
  2. ^ "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.
  3. ^ "Tehnička enciklopedija", glavni urednik Hrvoje Požar, Grafički zavod Hrvatske, 1987.
  4. ^ "Smithells Metals Reference Book", 8th Edition, ch. 22
  5. ^ [1] "Postupci mjerenja tvrdoće", www.vorax.hr/dokumenti/hr, 2011.
  6. ^ H.Pollok, „Umwertung der Skalen“ (“Conversion of Scales”), Qualität und Zuverlässigkeit, Ausgabe 4/2008.
  7. ^ [2] mindat.org

Literatura

уреди
  • Meyers and Chawla (1999). „Section 3.8”. Mechanical Behavior of Materials. Prentice Hall, Inc. 
  • ASTM E92: Standard method for Vickers hardness of metallic materials (withdrawn and replaced by E384-10e2)
  • ASTM E384: Standard Test Method for Knoop and Vickers Hardness of Materials
  • ISO 6507-1: Metallic materials – Vickers hardness test – Part 1: Test method
  • ISO 6507-2: Metallic materials – Vickers hardness test – Part 2: Verification and calibration of testing machines
  • ISO 6507-3: Metallic materials – Vickers hardness test – Part 3: Calibration of reference blocks
  • ISO 6507-4: Metallic materials – Vickers hardness test – Part 4: Tables of hardness values
  • ISO 18265: Metallic materials – Conversion of Hardness Values

Spoljašnje veze

уреди