Skala twardości Vickersa

Skala twardości Vickersa – skala oznaczania twardości metali, węglików spiekanych i ceramiki na podstawie testu dokonanego metodą opracowaną w 1924 r. przez Smitha i Sandlanda w firmie Vickers Ltd. Twardość w skali Vickersa oznacza się HV.

Twardościomierz mierzący w skali Vickersa i Brinella

Pomiar twardości

twardościomierz Vickersa

Schemat testu twardości w skali Vickersa

Pomiar twardości metodą Vickersa polega na wgnieceniu w powierzchnię badanego materiału czworobocznego foremnego ostrosłupa diamentowego o kącie wierzchołkowym 136° pod zadanym statycznym obciążeniem F i zmierzeniu przekątnych d powstałego odcisku w kształcie kwadratu.

Wartość liczbową twardości wyrażaną w skali Vickersa HV otrzymuje się dzieląc siłę F w kilogramach siły (kgf) przez pole powierzchni bocznej odcisku A w milimetrach kwadratowych:

${\displaystyle {\mbox{HV}}={\frac {F}{\ A}}}$

Gdzie: A to pole powierzchni odcisku, obliczane ze wzoru: ${\displaystyle A={\frac {d^{2}}{2\sin(\alpha /2)}}.}$

• d – przekątna otrzymanego odcisku
• α – kąt wierzchołkowy ostrosłupa równy 136°

W praktyce należy skorzystać ze wzoru^[1]:

${\displaystyle HV={\frac {F}{A}}\approx {\frac {1.8544F}{d^{2}}}}$

gdzie F wyrażono w kilogramach-siły a d w mm.

Lub w układzie SI^[2]:

${\displaystyle HV={\frac {F}{A}}\approx {\frac {0.1891F}{d^{2}}}}$

gdzie F w niutonach a d w mm.

Zapis HV 30 oznacza, iż próbę przeprowadzono przy obciążeniu równym 30 kgf. Obciążenia używane przy próbie Vickersa są znormalizowane i wynoszą: 1, 5, 10, 20, 30, 50 i 100 kgf lub odpowiednie obciążenie w N. W zależności od wartości zastosowanego obciążenia rozróżnia się trzy zakresy skali Vickersa:

• Próba mikrotwardości Vickersa – dla obciążeń 0,09807 N < F < 0,9807 N. Oznaczenie HV 0.01 HV – HV 0.1
• Próba twardości Vickersa przy małej sile obciążenia – 1,961 N ⩽ F ⩽ 29,42 N. Oznaczenie HV 0.2 – HV 3
• Próba twardości Vickersa – 49,03 N ⩽ F ⩽ 980,7 N. Oznaczenie HV 5 – HV 100.

Procedurę dokonywania pomiarów metodą Vickersa opisuje Polska Norma PN-EN ISO 6507-1

Porównanie z innymi metodami obliczeń

Metoda Vickersa łączy w sobie cechy metody Brinella i Rockwella. Używana jest jedna skala, uniwersalna dla wszystkich klas materiałów, tak jak w metodzie Brinella, lecz możliwe jest badanie próbek bardzo cienkich podobnie jak w metodzie Rockwella. W stosunku do metody Rockwella pomiar metodą Vickersa jest bardziej pracochłonny, gdyż wymaga pomiaru przekątnych odcisku za pomocą mikroskopu (jak w metodzie Brinella) i obliczenia twardości. Pomiar metodą Vickersa jest mało inwazyjny i nadaje się do stosowania przy badaniu gotowych wyrobów (głównie pokryć metalicznych związanych z obróbką powierzchniową jak: cyjanowanie, nawęglanie, kaloryzowanie oraz cienkich powierzchni metalicznych – platerowanie). Pomiar metodą Vickersa obdarzony jest także najmniejszą niepewnością pomiarową, jednak odciśnięty ślad jest często niesymetryczny, co jest związane z anizotropowymi właściwościami metali.

Zobacz też

• skala twardości Brinella
• skala twardości Knoopa
• skala twardości Leeba
• skala twardości Millera
• skala twardości Mohsa
• skala twardości Rockwella

Przypisy

1. Norma amerykańska ASTM E384-10e2.
2. Polska norma PN-EN ISO 6507-1.

Encyklopedie internetowe (metoda):

• Britannica: science/Vickers-hardness